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Es
ist bekant unterschiedlichste Profile, Stangen, Platten, Bretter,
Balken etc. bestehend aus den verschiedensten Materialien wie Holz,
Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Aluminium, Nichteisenmetalle, ungehärteten Stahl
und Stein sowie gebrannte Tonmaterialien überwiegend mit stationären Sägemaschinen
zu trennen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe derzeit mit Sägemaschinen
wie Bügelsägen, Kreissägen mit
Aussenverzahnung, Kreissägen
mit Innenverzahnung, Bandsägen
in Vertikalanordnung und Bandsägen
in Horizontalanordnung.
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Diese
Sägemaschinengattungen
haben allerdings teilweise ein eingeschränktes Anwendungsspektrum und
auch ihre spezifischen Probleme, wie nachfolgend aufgelistet:
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– Bügelsägen
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- = geringe Trennleistung bedingt durch den Leer-Rückhub und
ein stark eingeschränktes
Werkstoffspektrum auf ungehärteten
Stahl, Nichteisenmetalle, Aluminium (nur in Ausnahmefällen Kunststoffe oder
gar Holz)
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– Kreissägen mit Außenzähnen
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- = dickes Sägeblatt
mit hoher Biegesteifigkeit (wegen des ungestützten Abstandes vom Sägeort bis
zur Antriebswelle ) – durch
die Blattdicke eine hohe erforderliche Antriebsleistung bei gleichzeitig
großem
Verschnittvolumen (evtl. teuren Materials)
- = geringe Sägeschnitttiefe
als Differenz von Blattaussenradius zu Motor-/Getriebegehäuseradius
- = hohe Anschaffungskosten für
das verschleißbehaftete
Sägeblatt
mit seinen gesteigerten Ansprüchen an
die Plan- und Rundlaufgenauigkeit, Auswuchtgüte, Gefügehomogenität und Verzugsfreiheit
- = teilweise sehr große
Zahnteilung wie sie zum Aufbringen eines verschleißfesten
Hartmetallbesatzes erforderlich ist, da herkömmliche Härteverfahren wegen der Härteverzüge des Blattes
ausscheiden
- = große
spezifische Zahnbelastung weniger im Eingriff stehender Zähne
- = stark werkstoffabhängige
Schnittgeschwindigkeiten und somit auch sehr unterschiedliche Maschinenkonstruktionen
d.h. Stahl und Nichteisenmetalle erfordern große Schnittkräfte bei
gleichzeitig geringer Schnittgeschwindigkeit weshalb ein stark untersetztes
und dabei kräftiges
Antriebsgetriebe innerhalb eines stabilen Maschinengestells erforderlich
ist. Bei Holzwerkstoffen und Kunststoffen hingegen treten nur geringe
Schnittkräfte
auf, jedoch werden für
saubere Schnittoberflächen
auch hohe Schnittgeschwindigkeiten verlangt mit der damit einhergehenden
großen
Lärmemission
- = ungeeignet zum Trennen dünnwandiger
Hohlprofile wegen des Verhakens der zumeist groben Sägeverzahnung
des Kreissägeblattes
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– Kreissäge mit Innenzähnen
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- = Nachteile wie oben und darüber hinaus noch ein sehr begrenztes
Profilgrößenspektrum
in Relation zum Sägeblattaußendurchmesser
d. h. die Größe des Trennquerschnittes
entspricht maximal der Radiusdifferenz von Außen- und Innenradius, da der
Außenring
mit Führungselementen
umfasst ist oder gar das ganze starkwandige Blatt in einen kreisförmig wirbelnden
Rahmen eingespannt ist.
- = überwiegend
als transportable Maschinen mit kleiner Leistung verbreitet
- = vornehmlich zum Trennen dünnwandiger
metallischer Hohlprofile z. B Rohre
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– Bandsäge in Vertikalanordnung
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- = bauartbedingte stark eingeschränkte Länge der zu trennenden Profil- oder Brettlängen d.
h. die zu sägende
Werkstücklänge entspricht
max. dem Durchmesser des Bandumlenk- bzw Antriebsrades.
- = großvolumige
Maschinenkonstruktion resultierend aus dem System Antriebs- und
Spannrolle ausgeführt
als gummierte Räder
grossen Durchmessers
- = Einsatzgebiet häufig
Platten-, Brett- und Kurzbalkenbearbeitung auch als Kurvenschnitte
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– Bandsäge in Horizontalanordn.
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- = Nachteile wie oben und dazu noch die lagebedingte aufwändige Sägebandverdrillung
um ca. 15° vor
dem Eintritt in das Werkstück
und dahinter wieder zurück, um
das Rücktrum
aus der Sägeebene
herauszulenken
- = Eignung vorwiegend für
stabförmige
und schlanke lange Werkstücke
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
möglichst
viele verschiedene Profile und unterschiedlichste Werkstoffe mit
nur einer Maschine in besonders wirtschaftlicher Weise zu trennen,
d.h. mit großer
Trennleistung, geringer Antriebsleistung, guter Schnittoberfläche, geringem
Zerspanvolumen, hoher Sägeblattstandzeit
und geringer Lärmemission
bei gleichzeitig robustem, kostengünstigen und kompakten Maschinenaufbau.
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Gelöst werden
soll dieses Problem durch die in Patentanspruch 1-7 aufgeführten Merkmale
unter Umgehen der oben aufgeführten
Nachteile bereits bestehender Sägemaschinen
bei gleichzeitiger Vereinigung sämtlicher
ihrer Vorteile in einem einzigen Gerät.
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Die
Vorteile dieser oben kurz beschriebenen neuartigen Säge als eine
Mischung aus Band- und Kreissäge bestehen
in dem einfachen, kompakten, robusten und auch kostengünstigen
Maschinenaufbau bei gleichzeitig hoher Trennleistung und minimalem
Zerspanungsvolumen (vergleichbar mit den Vorzügen einer Bandsäge).
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Das
eigentliche Sägemedium
ist ähnlich preiswert
wie das Blatt einer Bandsäge
und kann zur Erhöhung
der Standzeit noch sehr viel stärker
gehärtet
werden, da weder eine Spannung noch vor allem eine anordnungsbedingte
Verdrillung des Bandes wie bei der Horizontalbandsäge erforderlich
ist.
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Die
geringe Wandstärke
des Ringbandes resultiert daraus, dass die Einleitung der Antriebskraft vom
Motor über
die Antriebsrollen in das Sägeband und
damit in das Werkstück
sowie rückwirkend
die Reaktionskräfte
vom Vorschub und der Bandführung in
das Gestell in unmittelbarer Nähe
der Sägestelle erfolgen.
Bei der konventionellen Kreissäge
hingegen muß das
starkwandige Blatt sowohl das Antriebsmoment von innen nach außen an die
Verzahnung übertragen
wie auch vor allem sämtliche
Biegemomente und überlagerte
Schwingungen bei der Führung
und Stabilisierung während
des Sägeschnittes
aufnehmen und kompensieren. Glelchzeitig erfordert die Ringbandsäge bedingt
durch das dünne Band
mit seinem geringen Zerspanungsvolumen nur geringe Antriebsleistungen
und Vorschubkräfte
bei minimaler Lärmemission.
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Darüber hinaus
ist ein sehr großes
Spektrum an Zahnteilungen von sehr fein (z. B. für dünnwandige Stahlprofile wie
Rohre) bis zu sehr grob (z. B. für den
Holzzuschnitt) möglich.
Die spezifische Zahnbelastung ist durch die Vielzahl der im Eingriff
befindlichen Zähne
gering, wodurch auch kein teurer Hartmetallbesatz nötig ist.
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Somit
ist allein über
die Auswahl der geeigneten Ringsägebandverzahnung
und falls nötig
einer Angleichung der Antriebsdrehzahl ohne Maschinenumbauten eine
sehr große
Vielfalt an Werkstoffen von Holz, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, über Aluminium
und die Nichteisenmetalle bis hin zu hochlegierten jedoch ungehärteten Stählen zu
sägen.
Bei entsprechender Beschichtung des Bandes z. B. mit gebundenen
Diamantsplittern ist auch ein Einsatz in der Stein- und Tonindustrie
möglich.
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Die
Steifigkeit des geschlossenen Kreisringes und dessen einfach zu
realisierende präzise
Führung
in axialer sowie radialer Richtung verleihen dem Ringband bei einer
dem Durchmesser und damit auch seiner Sägeleistung angepassten Anzahl
und Anordnung der stets anliegenden Führungsrollen eine große Laufruhe
und damit eine gute Schnittoberflächenqualität, Geradheit und Ebenheit.
Es entfällt ein
aufwändiges
Bandspannsystem und vor allem ein verschleißträchtiges Bandverdrillsystem
wie bei den Horizontalbandsägen.
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Es
können
die unterschiedlichsten Voll-, Hohl- und auch Flachprofile mit reduziertem
Aussplittern getrennt werden, da die Zähne bedingt durch die Kreiskrümmung der
Sägebahn
besonders bei dicken Werkstücken
nicht genau senkrecht zur Vorschubebene in das Werkstück eindringen
und auch wieder austreten, sondern leicht schräg analog zum ziehenden Schnitt
eines Stanzmessers.
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Durch
das günstige
Verhältnis
von Tiefe zu Höhe
des Werkstückes
bis hin zum Faktor 8/3 sind extreme Gehrungsschnitte weit über 45° hinaus ohne Umspannen
möglich,
sowie die Verarbeitung von Plattenware, deren Tiefe nahezu dem Ringbandinnendurchmesser
entsprechen darf.
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Ein
Ringbandwechsel ist einfach und schnell durch Wegklappen einer Auflagetischhälfte und
dem Ausschwenken der in 2 linksseitig angeordneten seitlichen
Axialrollen möglich.
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Es
kann sowohl trocken gesägt
werden als auch unter Einsatz von Kühlmittel durch Erweiterung der
Maschine um ein Abstreifersystem vor den Führungsrollen, eine Auffangwanne
und eine Druckpumpe mit Ansaugfilter.
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Der
Bauraum und Platzbedarf der Ringbandsäge liegt im Rahmen dessen einer
Großkreissäge und ist
geringer als der einer Horizontalbandsäge.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann im Rahmen einer Baugruppenvariantenkonstruktion
ohne großen
Aufwand durchgeführt werden
z. B. mit einer dem Vorschub überlagerten Schaukelbewegung.
Dadurch lässt
sich ein Sägebahnverlauf
erzielen, der gerade bei zähen
Werkstoffen wie z. B. bei einigen Kunststoffen ein besseres Freischneiden
des Bandes ermöglicht,
damit die Wärmeentwicklung
verringert, den Spanauswurf verbessert und somit die Schnittleistung
und Standzeit des Ringbandes erhöht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen und Skizzen
dargestellt. 1 zeigt dazu die Seitenansicht
der Ringbandsäge,
also quer zum Sägeschnitt
und 2 stellt die Vorderansicht dar, entsprechend der
Sägeschnittrichtung.
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Das
zentrales Bauteil der Säge
bildet das ringförmige
Sägeband 1 mit
seiner Verzahnung am Außen-
oder Innenkreis. Sein Außendurchmesser beträgt bei kleinen
Maschinenversionen ca. 600 mm, in der mittleren Leistungsklasse
ca. 900 mm bis hin zu ca. 1200 mm bei den Hochleistungssägen. Proportional
zum Durchmesser steigen sowohl die Blattstärke, die etwas grösser ist
als die herkömmlicher Bandsägen jedoch
erheblich geringer als die von Kreissägen (angefangen von ca. 1 mm
bis hin zu ca. 1, 8 mm) als auch die Ringbreite. Diese beträgt etwa das
30 – 40
fache der Ringstärke
und liegt im Bereich von ca. 35 mm bis zu ca. 55 mm.
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Die
gleichermaßen
stabilisierende wie auch schwingungsdämpfende Führung des Ringbandes übernehmen
die sich jeweils gegenüberliegend
als Paar angeordneten Axialrollen 2 und 3 sowie
die Radialrollen 4 und 5.
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Die
für die
Qualität
des Sägeschnittes
maßgebliche
Axialführung
vor und hinter dem Sägebandeingriff
wird durch die Anordnung der Axialrollenpaare 2 als Tandemblöcke noch
erheblich verbessert. Nur jeweils ein Rollenpaar vor und hinter
dem Eintauchen in das Werkstück
gäbe dem
Ringband nur ca. 1/4 der Steifigkeit gegen Durchbiegung im Vergleich zu
der Tandemanordnung, wie es sich im Rahmen der Festigkeitslehre
für die
Durchbiegung eines Balkens auf 2 bzw 4 gelenkigen
Stützen
erklären
und berechnen lässt.
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Darüberhinaus
enthält
jedes Axialrollenpaar auch noch eine Federungskomponente in axialer Richtung
des Ringbandes, um Schwankungen in der Ringmaterialstärke und
Führungsrollenverschleiß zu kompensieren.
Diese Federung kann bei geringen Sägeleistungen auf einfache Weise
durch gummierte Rollen realisiert werden und bei stärkeren Sägen durch
ein entsprechendes Anfederungssystem. Im hinteren dem Maschinengestell
zugewandten Rücklaufbereich
des Ringbandes befindet sich ein Axialrollenpaar 3, welches
bei kleinen Ringdurchmessern auch vereinfacht durch ein Gleitklotzpaar
ersetzt werden kann.
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Zur
Steigerung der Ringbandlaufruhe insbesondere bei großen Sägen können im
freien hinteren Ringbereich zwischen den Axialrollen 2 und 3 noch zusätzliche
Gleitklotzpaare 6 aus einem verschleißfesten und gleichzeitig schwingungsdämpfenden Kunststoff
ergänzt
werden. Bei spröden
und dünnen Werkstücken kann
die Säge
analog zu herkömmlichen
Bandsägen
um einen zusätzlichen
Axialstabilisator 7 erweitert werden. Diese Vorrichtung
ist höhenverstellbar
und wird individuell bis dicht über
das Werkstückgeschoben.
Seitlich des Ringbandes angeordnete Gleitklötze aus Kunststoff oder aus
Keramik führen
damit das Sägeband
bis unmittelbar zum Eintritt in den eigentlichen Sägeschnitt
ins Werkstück.
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Die
Radialführung
der Ringbandsäge übernehmen
auch wiederum paarweise auf Pendelachsen 8 angebaute Radialrollen 4.
Diese Rollen sind in Achsverlängerung
der Axialrollen 2 angeordnet, damit keine zusätzlichen
axialen Hebelarme und den damit einhergehenden Knickmomenten entstehen können, die
den Bandlauf nur destabilisieren würden.
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Die
Pendelachsen 8 mit ihren darauf befindlichen zwei Radialrollen
stützen
das Ringband noch sehr viel besser als nur eine Rolle direkt vor
und hinter dem Sägebereich.
Die Schnitt- und
Vorschubkräfte
werden gleichmäßig von
vier statt nur zwei Rollen aufgenommen und durch die pendelnde Aufhängung alle
Radialfehler des Ringbandes ausgeglichen.
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Die
Rollen schmiegen sich jederzeit an den Bandrücken an und sorgen für eine exakte
und laufruhige Radialführung.
Die Oberfläche
der Rollen besteht aus einem stark aufgehärteten Material und bei großen Sägeleistungen
auch aus Hartmetall.
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Die
Radialrolle 5 im hinteren Bandrücklaufbereich kann zur Kompensation
größerer Durchmessertoleranzen
des Ringbandes elastisch z. B. in Gummilagern 9 oder gar
definiert angefedert aufgehängt
werden.
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Der
Sägeantrieb
erfolgt an der zweiten Axialrolle unterhalb des Sägetisches
im ziehenden Trum. Bei kleinen Schnittleistungen ist ein reibschlüssiger Antrieb über z. B.
eine gummierte Rolle 10 direkt auf der Welle des Antriebsmotors 11 installiert
ausreichend, während
bei Hochleistungssägen
ein formschlüssiger
Antrieb z. B. mittels einer Profilverzahnung von Rad und Ringband,
wie in 3 dargestellt, sinnvoll ist.
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Sämtliche
Rollen, der Antrieb und die geteilte Werkstückauflage 12 werden
getragen von einem verwindungssteifen Rohrrahmen 13 ausgeführt beispielsweise
als preiswerte und kompakte Laserblech-Kant-Schweißkonstruktion.
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Bei
groben Zuschnitten für
Brennholz oder Betonschalholz ist ein einfacher Tisch zur Werkstückaufnahme
und dem manuellen Schnittvorschub ausreichend und kann evtl. noch
aufgerüstet
werden mit einer einfachen Parallelführungsschiene und einem Gehrungsanschlag.
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Bei
mittleren Sägeleistungen
empfiehlt sich ein geführter
Schiebetisch 14 mit Werkstückspannvorrichtung 15 ergänzt um eine
Winkeleinstellbarkeit z. B. für
Gehrungsschnitte. Der Tisch kann mit einem Spindeltrieb 16 ausgerüstet werden,
damit auch bei harten oder sehr zähen Werkstücken 17 ein sicherer und
gleichmäßiger Schnittvorschub
erfolgt.
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Bei
Hochleistungssägen
sollte ähnlich
wie bei Horizontalbandsägen
das teilweise sehr schwere und lange Werkstück stationär liegen und die Ringbandsäge selbst
die Schnittvorschubbewegung ausführen.
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Zum
Ringbandwechsel müssen
lediglich die in der Maschinenseitenansicht 2 dargestellten vorgelagerten
vorderen Axialrollenpaare 2 oberhalb und unterhalb des
Sägetisches
außer
Eingriff gebracht und die linke Auflagetischhälfte entfernt werden. Dabei
bleibt die rechte Tischhälfte
mit den Spann- und Vorschubelementen unberührt. Das Band kann dann entnommen
werden, indem man es unter leichtem Biegen aus den vorderen Radialrollen 4 und
gleichzeitig aus den hinteren Axialrollen 3 und den Gleitklötzen 6 herauszieht.
Sodann kann es der Maschine entnommen werden und das neue Ringband
in umgekehrter Reihenfolge wieder eingelegt werden.
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Anmerkung
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Die
voranstehend beschriebene Ringbandsäge wurde als Prototyp in Form
einer Stahlrohr-Schweißkonstruktion
gebaut, ausgestattet mit einem innenverzahnten Ring aus Kreissägeblattstahl von
600 mm Außendurchmesser
und über
ein gummiertes Reibrad von einer elektrischen Handbohrmaschine angetrieben.
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Es
wurden vielversprechende Ergebnisse bei Sägeschnitten per manuellem Vorschub
in verschiedenste Profile aus Holz, Kunststoff und Aluminium erzielt.