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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Holzwerkstoff oder Kunststoff, insbesondere ein Kreissägeblatt mit einer Mehrzahl von über dem Umfang verteilt angeordneter Zähne, an deren Zahnkopf je eine Schneidkante ausgebildet ist, die an ihrer Zahnbrust mindestens zwei unterschiedliche Spanwinkel γ1, γ2 aufweisen, und die mindestens eine Zahnflanke besitzen.
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Ein solches Kreissägeblatt ist beispielsweise aus der
US 3,576,061 oder der
US 3,619,880 bekannt. Dieses Kreissägeblatt ist zum Trennen bzw. Schlitzen oder Nuten von metallischen Werkstoffen geeignet. Die Säge- bzw. Fräszähne sind hierzu facettenförmig gestaltet, wobei die Facetten symmetrisch zur Sägeblattmittenebene angeordnet sind, so dass die Schneidecken den zusammengesetzten Hauptschneiden in Schnittrichtung nacheilen und durch einen stumpfen Eckenwinkel sowie durch die gegenüber der ursprünglichen Hauptschneide geänderten Span- und Freiwinkel wesentlich verstärkt werden. An den Nebenschneiden werden parallel zur Sägeblattmittenebene liegende Führungsflächen ausgebildet. Diese besondere Gestaltung der Zähne wird in Fachkreisen „Braunschweiger Zahn” genannt. Der radial äußere Spanwinkel ist bei der Zahngeometrie negativ und soll dazu dienen, dass der Zahn stabiler wird. Durch eine wechselweise Anordnung von zwei verschieden hohen und verschieden geformten Zähnen soll mit dem „Braunschweiger Zahn” eine definierte Spanteilung erzielt werden.
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Zwischen Kreissägeblättern für die Metallbearbeitung und Kreissägeblättern zur Bearbeitung von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Nichteisenmetallen oder Werkstoffen mit ähnlichen Zerspanungseigenschaften ist strikt zu unterscheiden. Bei Kreissägeblättern für die Metallbearbeitung wird der Sägezahn radial innen flächenbündig mit der Spanfläche in den Plattensitz des Stammblattes eingelötet. Bei Kreissägeblättern für die Holzbearbeitung ist die Spanfläche nach vorn hin abgesetzt. Dies wirkt sich auf das Schleifen der Spanfläche aus. Beim Holzbearbeitungs-Zahn (17) kann die Spanfläche parallel zur Zahnrückseite geschliffen werden, weil die Schleifscheibe nach unten hin frei austreten kann. Beim Metallbearbeitungs-Zahn (18) wird die Spanfläche unter einem geringfügig in negativer Richtung geneigten Winkel geschliffen, damit die Schleifscheibe nicht in das Stammblatt schleift. Auf diese Weise ergeben sich zwei Spanwinkel auf der Spanfläche mit einem Winkelunterschied, der kleiner als 5° ist. Der radial innere Spanwinkel ist nicht geschliffen, sondern weist eine sinterrohe Oberfläche auf. Bei einem Holzbearbeitungszahn ist der Fußbereich des Zahns, der mit dem radial inneren Bereich der Spanfläche eines Metallbearbeitungszahnes vergleichbar ist, ebenfalls sinterroh. Außerdem weist ein Holzbearbeitungs-Zahn einen Nebenfreiwinkel αn auf.
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Das bekannte Kreissägeblatt ist für die Holzbearbeitung bzw. die Bearbeitung von Holzwerkstoffen, Kunststoffen und Nichteisenmetallen nicht geeignet. Beim Sägen dieser Materialien gilt es, Schnittflächen mit glatter Oberfläche, d. h. ohne Sägeriefen zu erhalten, um eine Oberflächennachbearbeitung zur Glättung der Schnittkanten möglichst gering zu halten.
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Aus der
EP 0 875 326 A2 ist ein Kreissägeblatt mit stumpfwinkligen Zahnflanken bekannt. Wenn die Spitze der stumpfwinkligen Zahnflanken abgeflacht ist, wird ein Kreissägeblatt geschaffen, dass einen sauberen Schnittspalt schafft und eine Oberflächenglättung durch Nachbearbeitung der Schnittfuge entbehrlich wird.
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Bei dem aus der
DE 44 23 434 A1 (entspricht
EP 0 691 170 B1 ) bekannten Sägeblatt sind die Zahnflanken konvex geschliffen. Der Übergang zwischen der Schneidkante des Sägezahns und der bogenförmig konvexen Zahnflanke ist so ausgebildet, dass der Abstand zwischen der Mitte der Zahnflanke und der Symmetrieebene des Sägezahns größer ist als der Abstand zwischen Übergang und der Symmetrieebene. Auch durch eine solche Ausgestaltung sollen Sägeriefen bei der sägenden Bearbeitung weitgehend vermieden werden.
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Die
DE 85 32 717 U1 offenbart ein Kreissägeblatt bei dem die Zähne zur Erhöhung der Standzeit und Verbesserung der Schnittqualität so ausgestaltet sind, dass der Übergang von der Zahnspitze zu der werkzeugbreitesten Stelle der Seitenschneiden gekrümmt ist und tangential in diese werkzeugbreiteste Stelle übergeht. Dadurch wird erreicht, dass der eigentliche Kantenfertigschnitt an dem Werkzeug durch einen flachen Anschnitt, der kontinuierlich in einen relativ langen, die Werkstückkante erzeugenden Schneidenteil übergeht, gebildet wird, wodurch die Standzeit des Werkzeuges verbessert wird.
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Der zweite bzw. der ballige Flankenschliff an den Zähnen der bekannten Sägeblätter für die Holz-, Kunststoff- bzw. Nichteisenmetall-Bearbeitung ist aufwendig herzustellen, was die Produktionszeit und Produktionskosten erhöht.
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Durch einen vergleichsweise großen Einstellwinkel der Nebenschneide (Unterstechungswinkel), der notwendig ist, um die Flankenreibung zu reduzieren und „Brennen” zu vermeiden, erzeugt die Zahnecke beim Sägen an der Schnittfläche Riefen. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Schneidenecke angefast ist. Um bei dieser konventionellen Zahnform die Schnittqualität zu erhöhen, muss der Zahnvorschub reduziert werden, was entweder durch Erhöhung der Anzahl der Zähne erreicht wird oder durch eine verringerte Vorschubgeschwindigkeit. Eine höhere Zähnezahl führt zu höheren Werkzeug- und Schärfkosten. Eine verminderte Vorschubgeschwindigkeit führt zu geringerer Produktivität und zu erhöhtem Verschleiß.
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Von dieser Problemstellung ausgehend, soll das eingangs beschriebene Werkzeug verbessert werden.
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Zur Problemlösung zeichnet sich ein gattungsgemäßes Werkzeug dadurch aus, dass der radial äußere Spanwinkel γ2 kleiner als der radial innere Spanwinkel γ1 ist, und dass die mindestens eine Zahnflanke sich entgegen der Drehrichtung mit einem Nebenfreiwinkel αn verjüngt, dass an mindestens einer Zahnflanke ein erster Einstellwinkel Ƙr1' und ein zweiter Einstellwinkel Ƙr2' vorgesehen sind, und dass der radial äußere Spanwinkel γ2 in Kombination mit dem Nebenfreiwinkel αn den Einstellwinkel Ƙr2' an zumindest einer Zahnflanke reduziert.
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Bei einer solchen Ausführung eines Werkzeuges wird der Einstellwinkel der Nebenschneide nur bereichsweise reduziert, so dass die Riefenbildung vermindert bis beseitigt wird, ohne die Reibung dadurch unzulässig hoch werden zu lassen.
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Das Werkzeug ist vorzugsweise ein Kreissägeblatt, das zwei sich gegenüberliegende Zahnflanken aufweist.
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Es hat sich gezeigt, dass ein so gestaltetes Kreissägeblatt insbesondere dann, wenn der radial äußere Spanwinkel negativ und der radial innere Spanwinkel positiv ist, sich ausgesprochen gut dazu eignet, transparente Kunststoffe zu bearbeiten, weil die Schnittfläche riefenfrei und transparent ist, und so bereits durch leichtes Flammen oder Polieren ein Hochglanz-Finish bekommen. Der bisher dazwischen notwendige Fräsvorgang entfällt. Generell lassen sich mit dieser Sägeausführung riefenfreie und ausbruchfreie Schnitte erzielen z. B. in Kunststoffen, Vollholz, Spanplatte oder MDF. Außerdem ist diese Ausführungsform äußerst gut geeignet, um dünnwandige Profile aus Kunststoff, Aluminium oder dergleichen gradfrei zu trennen.
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Eine ähnliche Schnittbildung wird durch Sägeblätter mit facettierten oder balligen Flanken verfolgt. Der Schleifaufwand für den Flankenschliff ist dabei aber sehr hoch.
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Vorzugsweise sind drei Spanwinkel vorgesehen, wobei der radial äußere Spanwinkel γ2 der kleinste und der radial innere Spanwinkel γ1 der größte Spanwinkel ist. Der radial äußere Spanwinkel γ2 kann insbesondere vorzugsweise nach radial innen über einen Profilbereich des Sägezahnes hinausreichen.
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Vorzugsweise liegt der zweite Einstellwinkel Ƙr2' in einem Bereich von +1° bis –3°.
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Die Spanwinkel können allesamt positiv sein. Wenn drei Spanwinkel γ1, γ2, γ3 an einem Zahn ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn der Einstellwinkel Ƙr1' positiv, der Einstellwinkel Ƙr2' negativ und der dritte Einstellwinkel Ƙr3' gleich 0 ist, weil dann der Zahn schält und keine Riefen erzeugt. Der dritte Einstellwinkel Ƙr3' läuft in diesem Fall dann parallel zur Symmetrieachse des Sägeblattes.
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Eine besonders lange Standzeit des Werkzeuges wird erreicht, wenn die Zähne aus Hartmetall bestehen.
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Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 – einen erfindungsgemäß ausgestalteten Flachzahn;
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2 – einen erfindungsgemäß ausgestalteten Trapezzahn;
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3 – einen erfindungsgemäß ausgestalteten Wechselzahn;
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4 – einen erfindungsgemäß ausgestalteten Wechselzahn mit Fase;
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5 – die Definition charakteristischer Winkel am Beispiel eines bekannten Flachzahns;
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6 – die Definition charakteristischer Winkel einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Sägezahnes mit mindestens zwei Spanwinkeln;
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7 – die Definition charakteristischer Winkel einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung eines Sägezahnes mit einem negativen zweiten Spanwinkel;
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8 – die Definition charakteristischer Winkel einer weiteren Ausführung eines Sägezahnes mit drei positiven Spanwinkeln;
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9 – die Seitenansicht eines ersten Kreissägeblattes;
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10 – die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kreissägeblattes;
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11 – ein konventionell ausgebildeter Flachzahn;
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12 – ein konventionell ausgebildeter Trapezzahn;
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13 – ein konventionell ausgestalteter Wechselzahn;
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14 – ein konventionell ausgestalteter Wechselzahn mit Fase.
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15 – die schematische Darstellung der Sägeschnittqualität bei konventionellen Sägezähnen am Beispiel eines Flachzahnes;
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16 – die schematische Darstellung der verbesserten Sägeschnittqualität bei Verwendung erfindungsgemäß ausgestalteter Sägezähne am Beispiel eines Flachzahns;
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17 – die schematische Darstellung eines konventionellen Sägezahnes für die Holzbearbeitung;
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18 – die schematische Darstellung eines konventionellen Sägezahnes für die Metallbearbeitung.
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Das Kreissägeblatt 1 besteht aus einem Tragkörper 1' und einer Mehrzahl von über dem Umfang verteilt angeordneter Zähne 2. Bei der in 9 dargestellten ersten Ausführungsform eines Kreissägeblattes 1 sind im Tragkörper 1' Schlitze 10 in Form von mit einem Laser eingeschnittenen Ornamenten mit im Wesentlichen tangentialer Ausrichtung im Bereich des Spannungswalzringes (hier nicht gekennzeichnet) vorgesehen. Ein Spannungswalzring wird über den Umfang im Bereich von 2/3 bis 4/5 des Sägeblattradius eingebracht. Durch die Laserornamente 10 wird ein radiales Aufweiten des Sägeblattes 1 infolge des Fliehkrafteinflusses bei der Drehung ermöglicht, ohne dass es zu Verwerfungen oder Schwingungen im Stammblatt 1' kommt. Das Sägeblatt 1 läuft in einem großen Drehzahlbereich stabil und weist keine ausgeprägten Resonanzen auf. Vielfach kann der Spannungswalzring, der eigentlich dazu dient, ein Sägeblatt 1 für einen bestimmten Drehzahlbereich stabil auszulegen, entfallen.
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Bei dem in 10 dargestellten Sägeblatt 1 sind im Tragkörper 1' Materialausnehmungen 8 vorgesehen, die radial aus dem Tragkörper 1' austretende Öffnungen aufweisen. Im in Drehrichtung D hinteren Bereich der Materialausnehmungen 8 können Räumschneiden 9 vorgesehen sein. Die Räumschneiden 9 sind einstückig mit dem Tragkörper 1' ausgebildet. Hierzu wird in einem Warmumformverfahren ein Andruckstift entlang eines Bereiches der Materialausnehmung 8 geführt, wodurch eine plastische Verformung des Tragkörpers 1' erreicht wird und eine Räumschneide 9 entsteht. Durch die Warmumformung wird der Tragkörper 1' nur in dem Bereich der Räumschneide 9 aufgehärtet. Zusätzlich kann zur Aufhärtung auch ein Legierungspulver aus karbidbildenden Metallen aufgestreut werden, sodass die entstehenden Metallkarbide eine höhere Härte aufweisen als das Material des Tragkörpers 1' auf dem Bereich an der Materialausnehmung 8, aus dem die Räumschneide 9 ausgebildet wird.
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Jeder Zahn 2 weist einen Zahnkopf 3 auf, an dem radial außen eine Schneidkante 4 ausgebildet ist. An seiner Zahnbrust 5 weist jeder Zahn 2 einen radial äußeren Spanwinkel γ2 und einen radial inneren Spanwinkel γ1 auf. Der radial äußere Spanwinkel γ2 ist kleiner als radial innere Spanwinkel γ1. Die Spanwinkel γ1, γ2 können entweder beide positiv oder bezogen auf die Radiallinie R der radial äußere Spanwinkel γ2 negativ und der radial innere Spanwinkel γ1 positiv sein. Die sich gegenüberliegenden Zahnflanken 6, 6' verjüngen sich entgegen der Drehrichtung D mit dem Nebenfreiwinkel αn. Durch diesen Freiwinkel αn, der auch tangentialer Freiwinkel genannt wird, wird der Wirkfreiwinkel Ƙr', der auch Einstellwinkel Ƙr' genannt wird, in Verbindung mit dem radial äußeren Spanwinkel γ2 beeinflusst, sodass sich ein sauberes Schnittbild ohne Riefenausbildung ergibt, wie in 16 dargestellt ist. Eine Riefenbildung durch die Zahnflanke 6, 6', wie sie durch herkömmlich ausgestaltete Zähne erzeugt wird (vgl. 15) entfällt. Die Schnittbildung ist leicht gerundet. Der resultierende Einstellwinkel Ƙr2' liegt in der Größenordnung von +1° bis –3°.
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Die 1 bis 4 und 6 bis 8 zeigen die erfindungsgemäß ausgestalteten Zähne in stark vergrößerter Form. Insbesondere die Spanwinkel γ1 und γ2 sind stark überzogen dargestellt, um ihren Unterschied zu herkömmlich ausgestalteten Zähnen kenntlich zu machen. In den 1 bis 8 stellt die Abbildung a) die Ansicht entgegen der Drehrichtung D auf einen Zahn dar, die Abbildung b) ist die Draufsicht auf den Zahn gemäß Sichtpfeil b nach Abbildung a) und Abbildung c) ist die Seitenansicht eines Kreissägeblattes 1 in Teildarstellung gemäß Sichtpfeil c nach Abbildung a).
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5 zeigt die charakteristischen Winkel am Sägezahn (bekannter Flachzahn), die wie folgt benannt sind:
- α
- Freiwinkel
- β
- Keilwinkel
- γ
- Spanwinkel (α + β + γ = 90°)
- αn
- Nebenfreiwinkel (auch Hinterlegungswinkel oder tangentialer Freiwinkel genannt)
- Ƙr
- Einstellwinkel
- Ƙr'
- Einstellwinkel der Nebenschneide (auch Unterstechungswinkel oder radialer Freiwinkel genannt)
- εr
- Eckenwinkel (Ƙr + εr + Ƙr' = 180°)
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7 zeigt die charakteristischen Winkel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sägezahnes, die wie folgt benannt sind:
- α
- Freiwinkel
- β1
- erster Keilwinkel
- β2
- zweiter Keilwinkel
- γ1
- radial innerer Spanwinkel
- γ2
- radial äußerer Spanwinkel
- αn
- Nebenfreiwinkel (Hinterlegungswinkel, tangentialer Freiwinkel)
- Ƙr
- Einstellwinkel
- Ƙr'
- Einstellwinkel der Nebenschneide (Unterstechungswinkel, radialer Freiwinkel)
- εr
- Eckenwinkel
- Ƙr1'
- erster Einstellwinkel der Nebenschneide
- Ƙr2'
- zweiter Einstellwinkel der Nebenschneide (hier: Ƙr2' < 0 < Ƙr1')
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Ƙr2', also der zweite Einstellwinkel der Nebenschneide ist hier negativ dargstellt, die Zahnbreite verringert sich dadurch nach radial außen.
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6 zeigt die charakteristischen Winkel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sägezahnes, die wie folgt benannt sind:
- α
- Freiwinkel
- β1
- erster Keilwinkel
- β2
- zweiter Keilwinkel
- γ1
- radial innerer Spanwinkel
- γ2
- radial äußerer Spanwinkel
- αn
- Nebenfreiwinkel (Hinterlegungswinkel, tangentialer Freiwinkel)
- Ƙr
- Einstellwinkel
- Ƙr'
- Einstellwinkel der Nebenschneide (Unterstechungswinkel, radialer Freiwinkel)
- εr
- Eckenwinkel
- Ƙr1'
- erster Einstellwinkel der Nebenschneide
- Ƙr2'
- zweiter Einstellwinkel der Nebenschneide (hier: 0 ≤ Ƙr2' < Ƙr1')
– positiver Winkel: Zahnbreite verringert sich nach radial innen
– negativer Winkel: Zahnbreite verringert sich nach radial außen
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Der zweite Einstellwinkel Ƙr2' der Nebenschneide ist hier positiv ausgeführt, wodurch die Zahnbreite sich nach radial innen verringert. Wenn Ƙr2' Null ist, schabt der Zahn 1, was unter Umständen positiv gewünscht ist.
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8 zeigt einen Zahn 2, an dem drei positive Spanwinkel γ1, γ2, γ3 realisiert sind. Der radial äußere Einstellwinkel γ2 ist kleiner als der radial innere Spanwinkel γ1. In der Figur ist der radial äußere Spanwinkel γ2 der kleinste Winkel. Der radial äußere Spanwinkel γ2 reduziert in Kombination mit dem Nebenfreiwinkel αn den Einstellwinkel Ƙr2' der Nebenschneide. Wenn der Einstellwinkel Ƙr2' negativ ist, der radial innere Einstellwinkel Ƙr1' positiv ausgeführt wird und der dritte Einstellwinkel Ƙr3' (in den Figuren nicht zu erkennen, da er parallel zur Symmetrieachse des Sägeblattes verläuft) zu Null wird, schält der Zahn und erzeugt keine Riefen. Grundsätzlich muss die Beziehung gelten: Ƙr2' < Ƙr3' < Ƙr1'.
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Eine besonders hochwertige Schnittbildung wurde mit einem Sägeblatt mit einem Durchmesser von 300 mm erzielt, das folgende geometrische Abmessungen aufweist:
α = 15°
β1 = 70°
β2 = 80°
γ1 = +5°
γ2 = –5°
αn = 3°
Ƙr = 90°
Ƙr' = 1° bis 1,2°
εr = 99,3° bis 99,5°
Ƙr1' = 1° bis 1,2°
Ƙr2' = 0,5° bis 0,7°
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kreissägeblatt
- 1'
- Tragkörper
- 2
- Zahn
- 3
- Zahnkopf
- 4
- Schneidkante
- 5
- Zahnbrust
- 6
- Zahnflanke
- 6'
- Zahnflanke
- 7
- Profilbereich
- 8
- Materialausnehmung
- 9
- Räumschneide
- 10
- Schlitz/Laserornament
- A
- Drehachse
- a
- Sichtpfeil
- b
- Sichtpfeil
- c
- Sichtpfeil
- D
- Drehrichtung
- R
- Radiallinie
- α
- Freiwinkel
- αn
- Nebenfreiwinkel
- β1
- erster Keilwinkel
- β2
- zweiter Keilwinkel
- β3
- dritter Keilwinkel
- γ1
- radial innerer Spanwinkel
- γ2
- radial äußerer Spanwinkel
- γ3
- mittlerer Spanwinkel
- Ƙr
- Einstellwinkel
- Ƙr'
- Einstellwinkel der Nebenschneide
- εr
- Eckenwinkel
- Ƙr1'
- erster Einstellwinkel der Nebenschneide
- Ƙr2'
- zweiter Einstellwinkel der Nebenschneide
- Ƙr3'
- dritter Einstellwinkel der Nebenschneide