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Die
Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug
mit einem eine Mehrzahl nach axial und/oder radial außen offene
Ausnehmungen aufweisenden Tragkörper,
wobei in jeder Ausnehmung ein über
den Tragkörper
axial und/oder radial hervorstehendes Schneidenelement festspannbar
ist, indem das Schneidenelement mit seiner Rückenfläche gegen eine in der Ausnehmung
ausgebildete Anlagefläche
gepresst wird.
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Derartige
Werkzeuge sind seit langem im Stand der Technik bekannt und werden
zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet. Herkömmlicherweise
sind die Schneiden auswechselbar über ein Befestigungselement
am Werkzeugtragkörper
angeordnet und verfügen über eine Schneidkante,
die radial und/oder axial über
den Tragkörper
hervorsteht und bei Rotation des Werkzeugtragkörpers den Werkstückwerkstoff
zerspant.
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Insbesondere
bei der Verwendung von sprödem
Material für
die Schneidenelemente, wie beispielsweise Hartmetall oder Schnellarbeitsstahl, kann
es vorkommen, dass die Schneide bei unvorhergesehenen Betriebszuständen bricht
und aus dem Tragkörper
durch dessen Rotation herausgeschleudert wird. Dies kann beispielsweise
vorkommen, wenn das Werkzeug mit Maschinenteilen oder Fremdelementen,
wie Steinen oder losen Asten, kollidiert, das zu bearbeitende Werkstück ungenügend eingespannt
ist und gegen die Schneide schlägt
oder wenn Schneiden nicht rechtzeitig gegen neue und scharfe Schneiden
ausgewechselt werden.
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Bis
der Prozess des Zerspanens gestoppt wird trägt nun der Werkzeugtragkörper hinter
der Schneide weiterhin Späne
vom zu bearbeitenden Werkstück
ab.
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Da
der Tragkörper
aus einem wesentlich weicheren Material hergestellt ist als das
Schneidenelement, beispielsweise aus Stahl, verschleißt dieser Bereich
sehr stark. Dabei wird die Anlagefläche für das Schneidenelement beschädigt. Es
kommt beispielsweise zu Verrundungen und Scharten. Werden nun neue
Schneidenelemente am Tragkörper
des Werkzeugs angeordnet, ist keine vollflächige Anlage an der Anlagefläche mehr
gewährleistet.
Damit ist auch eine sichere Einspannung nicht mehr gewährleistet,
sodass die Schneidenelemente bereits beim Einspannen brechen können.
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Weitaus
kritischer ist eine gleichmäßige Verrundung
des Tragkörpers
und damit der Anlagefläche hinter
der Schneidkante. Dadurch erhöht
sich der freie nicht abgestützte
Anteil des Schneidenelementes. Da Schneidenelemente durch die hohe
Härte und
der damit einhergehenden Sprödigkeit
des verwendeten Werkstoffes äußerst bruchanfällig sind, können sie
dadurch beim Einsatz brechen. Aus Sicherheitsgründen können deshalb Tragkörper mit
beschädigten
Anlageflächen
nicht mehr eingesetzt werden und müssen, falls möglich, nachgearbeitet
oder verschrottet werden. Dadurch entstehen dem Verwender des Werkzeuges
hohe Kosten.
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Um
diese Kosten zu verringern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt,
die Anlagefläche
für die
Schneidenelemente auswechselbar auszugestalten. Man spricht hier
von einer auswechselbaren Stützplatte,
die beispielsweise angeschraubt oder mit einem Spannmechanismus
mit eingeklemmt wird. Diese Stützplatte
ist beispielsweise aus Stahl gefertigt und der Form der Schneidplatte
angenähert,
sodass eine mög lichst
vollflächige
Abstützung
gegeben ist und die Schneidkante gegenüber der Stützplatte möglichst wenig übersteht.
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Dadurch,
dass die Stützplatte
dem Schneidenprofil angepasst wird, ist die Hartmetallschneide bis
an die Schneidkante heran gegen die einwirkenden Schnitt- und Fliehkräfte ausreichend
abgestützt.
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Die
Stützplatte
dient ausschließlich
dazu, bei Beschädigungen
einfach ausgetauscht werden zu können,
um mit geringem Reparaturaufwand den ordnungsgemäßen Zustand des Tragkörpers wiederherstellen
zu können.
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Nachteilig
ist, dass zum einen durch die nötigen
neuen Stützplatten
die Reparaturkosten noch immer relativ hoch sind und zum anderen,
dass aufgrund des zusätzlich
lösbar
eingebauten Stützelementes
die Genauigkeit des Rund- und Planlaufs der Schneiden deutlich abnimmt.
Somit nimmt auch die Bearbeitungsqualität bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten
ab, wodurch schließlich
die Zerspanungsleistung und die Produktivität begrenzt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Notlaufeigenschaften
eines Tragkörpers eines
Werkzeuges nach einem Bruch eines Schneidenelementes zu verbessern.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Werkzeug, das sich dadurch
auszeichnet, dass zumindest ein Teil der Anlagefläche härter ist
als der Tragkörper
und eine Rockwelt-Härte von
mindestens 50 HRC aufweist.
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Der
Härtebereich
liegt bevorzugt zwischen 50 und 100 HRC und insbesondere zwischen
60 und 75 HRC.
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Vorteilhafterweise
ist der Werkstoff der Anlagefläche
härter
als der Werkstoff des Tragkörpers.
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Der
Hartbereich befindet sich im radial äußeren Bereich der Anlagefläche. Bricht
nun im Betrieb des Werkzeugs ein Schneidenelement, übernimmt nach
wie vor der Tragkörper
dessen Funktion und zerspant das zu bearbeitende Werkstück bis der
Prozess gestoppt wird. Dieses Zerspanen erfolgt nun jedoch mit dem
harten Bereich der Anlagefläche,
der durch seine größere Härte deutlich
verschleißbeständiger ist
als der aus einem relativ weichen Material bestehende Tragkörper. Die
Anlagefläche
wird daher durch das Zerspanen nicht abgenutzt, sodass anschließend eingesetzte
neue Schneidenelemente wieder vollflächig an der Anlagefläche anliegen
und somit wieder optimal gegen ein Brechen geschützt sind.
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Der
harte Teil der Anlageflächen
ist dabei beispielsweise durch eine Beschichtung des Tragkörpers mit
dem Hartwerkstoff gebildet.
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Vorteilhafterweise
ist die Anlagefläche
durch jeweils ein separates Bauteil ausgebildet. Dadurch wird es
möglich,
diese Teile vor der Montage fertig zu bearbeiten und anschließend passgenau
mit dem Tragkörper
des Werkzeugs zu verbinden.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, dass das separate
Bauteil unlösbar
mit dem Tragkörper
verbunden ist. Dadurch kann bei der Herstellung des Werkzeugs die
Genauigkeit des Rund- und Planlaufs der Schneiden optimal eingestellt
werden und es kommt beim Austausch von Schneidenelementen nicht
zu einem Verrutschen der separaten Bauteile gegenüber dem
Tragkörper
des Werkzeugs.
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Besonders
vorteilhafterweise ist das separate Bauteil stoffschlüssig, insbesondere
durch Kleben, Löten
oder Schweißen,
mit dem Tragkörper
verbunden. Dabei bietet eine Verbindung zwischen dem separaten Bauteil
und dem Tragkörper
des Werkzeugs durch Kleben den Vorteil, dass durch den Verbindungsprozess
kein Verzug in den Bauteilen entsteht, was eine Nachbearbeitung
zur Folge hätte.
Beim Kleben wird das separate Bauteil vorzugsweise zusammen mit
dem Schneidenelement der werkzeugeigenen Spannelemente in Position
gehalten, bis der Klebstoff seine Endfestigkeit erreicht hat. Geringfügige Maßabweichungen
an den Fügeflächen können durch
den Klebespalt ausgeglichen werden, sodass die Anlagefläche für das Schneiden element
dieselbe Genauigkeit erfährt,
als wäre
sie aus einem Stück
mit dem Werkzeugtragkörper
hergestellt worden.
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Ein
weiterer Vorteil des Klebens besteht darin, dass ein breiteres Spektrum
an Werkstoffen miteinander stoffschlüssig verbindbar ist. Insbesondere ist
dadurch der Einsatz von Leichtmetall, beispielsweise Aluminium,
als Tragkörperwerkstoff
möglich.
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Vorzugsweise
umfasst der harte Teil der Anlagefläche die gesamte Anlagefläche.
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Der
Werkstoff, aus dem der harte Anteil der Anlagefläche besteht, ist vorzugsweise
ein Hartmetall oder ein keramischer Werkstoff. Gerade durch die Kombination
von Aluminium als Werkstoff für
den Tragkörper
und Keramik als Werkstoff für
den harten Bereich der Anlagefläche
lassen sich die Vorzüge von
geringem Werkzeuggewicht und gutem Verschleißschutz in idealer Weise kombinieren.
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Vorteilhafterweise
ist der Werkstoff für
den harten Bereich der Anlagefläche
ein gehärteter
Tragkörperwerkstoff.
So kann der harte Teil der Anlagenfläche auch über eine partielle Aufhärtung des
Werkstoffes für
den Tragkörper
gebildet sein, sofern es dieser zulässt.
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Der
Tragkörperwerkstoff
ist vorteilhafterweise ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium
oder Magnesium oder eine Legierung dieser Werkstoffe.
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Die
Schneidenelemente bestehen vorteilhafterweise aus einem sprödharten
Werkstoff, beispielsweise Schnellarbeitsstahl (HSS), Hartmetall,
Cermet, Keramik oder Diamant.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1a – Ein neuwertiges
Werkzeug in Teildarstellung mit auswechselbarem Schneidenelement nach
dem Stand der Technik,
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1b – das Werkzeug
aus 1a mit verschlissener Anlagefläche für das Schneidenelement,
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2 – ein Werkzeug
in Teildarstellung mit einem Schneidenelement und einer auswechselbaren
Stützplatte
aus dem Stand der Technik,
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3a–3c – verschiedene
Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Werkzeuges
in Teildarstellung,
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4 – ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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5 – einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 4.
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In
den 1a und 1b ist
der Ausschnitt eines Werkzeugs mit einem Tragkörper 2 gezeigt. Im Tragkörper 2 befinden
sich über
den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Ausnehmungen 4, in
die jeweils ein Schneidenelement 6 eingesetzt ist. Das
Schneidenelement 6 ist hierbei zwischen einer Anlagefläche 8 und
einem Spannelement 10 eingeklemmt. Über beispielsweise einen Gewindestift 12,
der in einer nicht gezeigten Gewindebohrung steckt, wird der Druck
auf das Spannelement 10 ausgeübt. Das Werkzeug wird insbesondere
zum Bearbeiten von Holz oder Kunststoff verwendet.
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1a zeigt
das Werkzeug im Neuzustand. Der Tragkörper 2 ist völlig intakt
und sorgt für
eine vollflächige
Anlage des Schneidenelementes 6 an der Anlagefläche 8.
Beim Betrieb eines derartigen Werkzeuges wirkt eine Schnittkraft
S auf eine Schneidkante 14 des Schneidenelementes 6.
In 1a ist der freie nicht abgestütz te Anteil des Schneidenelementes 6 sehr
kurz, da das radial äußere Ende
E der Anlagefläche 8 sehr
nah an der Schneidkante 14 des Schneidenelementes 6 liegt.
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In
diesem Zustand ist das Schneidenelement 6 stabil und optimal
vor einem Brechen geschützt.
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Kommt
es jedoch dennoch, beispielsweise durch Kollision mit Maschinen-
oder Fremdteilen, zu einem Bruch eines Schneidenelementes 6,
fliegt der abgebrochene Anteil durch die Fliehkraft aus dem Tragkörper 2 heraus.
Bis die Rotation des Werkzeugs gestoppt wird, übernimmt nun die Anlagefläche 8 das Zerspanen
des Werkstücks.
Es kommt somit zur Beschädigung
durch Verrundung oder Deformation. Diese Situation ist in 1b gezeigt.
Das radial äußere Ende
E der Anlagefläche 8 liegt
nun deutlich weiter vom Ansatzpunkt der Schnittkraft S entfernt. Durch
diesen relativ großen
freien nicht abgestützten Anteil
des Schneidenelementes 6 kann es zu einem Bruch des neuen
Schneidenelementes 6 kommen, was durch die Zickzacklinie
in 1b angedeutet ist.
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2 zeigt
ein Werkzeug gemäß dem Stand der
Technik, bei dem die Anlagefläche 8 durch
eine separate, aus Vergütungsstahl
bestehende Stützplatte 16 gebildet
wird. Diese Stützplatte 16 wird
zwischen Schneidenelement 6 und Tragkörper 2 über das
Spannelement 10 eingeklemmt. Im Falle des Bruchs des Schneidenelementes 6 übernimmt
nun die Stützplatte 16 das
weitere Zerspanen des Werkstückes,
bis der Prozess gestoppt wird. Die Stützplatte 16 ist im
in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Standes
der Technik nur eingeklemmt und kann somit leicht ausgetauscht werden.
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Die 3a bis 3c zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung.
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In
einer Ausnehmung 4 eines Tragkörpers 2 eines Werkzeuges
ist ein Schneidenelement 6 eingeführt, das zwischen einem Spannelement 10 und
der Anlagefläche 8 eingeklemmt
ist. Der nötige
Klemmdruck wird über
einen Gewindestift 12 aufgebracht, der in einer nicht gezeigten
Gewindebohrung steckt.
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In 3a wird
die Anlagefläche 8 durch
ein separates Bauteil, nämlich
eine Stützplatte 16 gebildet.
Diese aus einem härteren
Material als der Tragkörper 2 gebildet.
Mögliche
Materialien sind hierbei beispielsweise ein Hartmetall oder ein
keramischer Werkstoff. Im in 3a gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die Stützplatte 16 stoffschlüssig mit
dem Tragkörper 2 verbunden.
In 3a handelt es sich bei der Stützplatte 16 um eine
vollflächige
Stützplatte,
sodass die gesamte Anlagefläche 8 aus
einem Hartwerkstoff besteht, der härter ist als der Werkstoff des
Tragkörpers 2.
Die stoffschlüssige
Verbindung zwischen der Stützplatte 16 und
dem Tragkörper 2 erfolgt
beispielsweise durch Kleben, Löten
oder Schweißen.
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Bricht
beim Betrieb des in 3a gezeigten Werkzeuges das
Schneidelement 6, übernimmt
die Stützplatte 16 das
weitere Zerspanen des Werkstückes,
bis der Prozess gestoppt wird. Da die Stützplatte 16 aus einem
harten Werkstoff geformt ist, kommt es hier nicht zu einem Verschleiß. Beim
späteren
Einsetzen eines frischen Schneidenelementes 6 liegt dieses
noch immer vollflächig
an der Anlagefläche 8 an.
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3b zeigt
eine ähnliche
Situation wie 3a, in der jedoch die Stützplatte 16 nur
einen Teil der Anlagefläche 8 bildet.
Auch hier ist die Stützplatte 16 aus
einem Hartmetall oder Keramik stoffschlüssig mit dem Tragkörper verbunden.
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In 3c ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Die Anlagefläche 8 besteht in ihrem
radial äußeren Anteil
aus einer partiellen Hartstoffbeschichtung oder einer Aufhärtung des Tragkörperwerkstoffs.
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In
allen drei gezeigten Ausführungsbeispielen
entsteht selbst beim Bruch des Schneidenelementes 6 kein
Verschleiß an
der Anlagefläche 8,
sodass ein nachträglich
eingesetztes neues Schneidenelement 6 vollflächig anliegt.
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In
allen Fällen
kann der Tragkörper 2 dem Schneidenprofil
angepasst sein, um eine besonders große Anlagefläche 8 bereitzustellen.
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4 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Werkzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung. Im Tragkörper 2 sind über seinen
Umfang verteilt Ausnehmun gen 4 vorgesehen, in denen je
ein Schneidenelement 6 über
ein Spannelement 10 eingespannt ist. Zwischen dem Tragkörper 2 und
den Schneidenelementen 6 befindet sich je eine Stützplatte 16,
die aus einem harten Werkstoff, beispielsweise Hartmetall oder Keramik
gefertigt ist. Die Stützplatten 16 sind
stoffschlüssig
mit dem Tragkörper 2, beispielsweise
durch Kleben, Löten
oder Schweißen, verbunden.
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5 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des
in 4 gezeigten Werkzeugs. Sowohl der Tragkörper 2 als
auch die Stützplatte 16 sind
dem Schneidenprofil angepasst. Dadurch wird die Anlagefläche 8 besonders
groß und
ein Abbrechen des Schneidenelementes 6 sehr unwahrscheinlich.
Erkennbar ist, dass das Schneidenelement 6 auch radial
in der Ausnehmung 4 am Tragkörper 2 anliegt.
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- S
- Schnittkraft
- E
- Ende
der Anlagefläche
- 2
- Tragkörper
- 4
- Ausnehmung
- 6
- Schneidenelement
- 8
- Anlagefläche
- 10
- Spannelement
- 12
- Gewindestift
- 14
- Schneidkante
- 16
- Stützplatte