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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, und zumindest ein Teil der Anlagefläche härter ist als der Tragkörper.
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Ein solches Fräswerkzeug ist beispielsweise aus der
DE 1 201 656 A bekannt. Der Tragkörper kann aus einem normalen, vergütbaren Konstruktionsstahl bestehen und gegebenenfalls gerade so hoch legiert sein, dass er die zur einwandfreien Halterung der Schneidleisten und der Stützleisten erforderliche Festigkeit besitzt. Die Schneidleisten bestehen aus einem hochwertigen Schneidstoff, beispielsweise aus einem hoch legierten Schnellstahl oder einem entsprechend hochharten Sinterwerkstoff. Da diese Schneidstoffe eine sehr geringe Zähigkeit haben, neigen sie beim Auftreten starker Zug- oder Biegespannungen zum Bruch. Diese Spannungen werden bei dem bekannten Fräswerkzeug durch die Stützleisten aufgenommen, die aus einem hoch biegefesten bzw. hoch kerbzähen Werkstoff von etwa Schnellstahlhärte gefertigt sind. Die Genauigkeit, mit der mit diesem Fräswerkzeug gearbeitet werden kann, hängt von der Exaktheit des Werkzeuges ab. Rundlauffehler müssen ausgeschlossen sein. Nicht nur die Schneidleisten als Schneidelemente, sondern auch die Stützleisten, die nachträglich mit dem Tragkörper verbunden werden, müssen mit äußerster Sorgfalt und Genauigkeit gefertigt werden, damit diese exakt in den Tragkörper eingesetzt werden können und keine Unwuchten bzw. Rundlauffehler verursachen. Die Herstellung des Fräswerkzeuges ist deshalb sehr zeit- und kostenaufwendig. Die Qualitätssicherung muss äußerst sorgfältig erfolgen, was die Herstellungskosten weiter erhöht.
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Fräswerkzeuge an sich 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 Ästen, 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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Aus der
DE 693 10 814 T2 ist bekannt, den Tragkörper von Fräswerkzeugen zu härten oder mit Beschichtungen zu versehen, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Zwangsläufig werden dadurch auch die Anlagenbereiche verschleißfester, die betroffen sind, wenn ein Schneidelement bricht.
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Aus der
DE 697 16 060 T2 ist es bekannt, die Sitze der Schneidelemente zu härten und dabei einen Härtegrad von bis zu 52 HRC vorzusehen. Damit wird zwangsläufig auch der Bereich verschleißfester gemacht, der betroffen ist, wenn ein Schneidelement bricht.
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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 beispielsweise auch aus der
DE 1 911 839 U 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 möglichst 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.
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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, nicht nur die Notlaufeigenschaften des Tragkörpers eines Werkzeuges nach einem Bruch eines Schneidenelementes zu verbessern, sondern auch die Genauigkeit des Werkzeuges zu erhöhen, Rundlauffehler zu eliminieren und die Herstellkosten zu senken.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Werkzeug, das sich dadurch auszeichnet, dass die Anlagefläche an jeweils einer Stützplatte ausgebildet ist, dass die Stützplatte stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, mit dem Tragkörper verbunden ist, und dass der Teil der Anlagefläche, der härter ist als der Tragkörper, eine Härte zwischen 60 und 75 HRC aufweist.
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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 Harte 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. Der harte Teil der Anlageflächen ist dabei beispielsweise durch eine Beschichtung des Tragkörpers mit dem Hartwerkstoff gebildet. Wenn die Anlagefläche durch jeweils ein separates Bauteil ausgebildet ist, wird es möglich, diese Teile vor der Montage fertig zu bearbeiten und anschließend passgenau mit dem Tragkörper des Werkzeugs zu verbinden. Da das separate Bauteil unlösbar mit dem Tragkörper verbunden ist, 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. Dadurch, dass das separate Bauteil durch Kleben mit dem Tragkörper verbunden wird, ergibt sich der Vorteil, dass durch den Verbindungsprozess kein Verzug in den Bauteilen entsteht, was eine Nachbearbeitung zur Folge hätte.
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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 Schneidenelement dieselbe Genauigkeit erfährt, als wäre sie aus einem Stück mit dem Werkzeugtragkörper hergestellt worden.
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Ein weiterer Vorteil des Kleben 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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Vorteilhafterweise ist der Werkstoff für den harten Bereich der Anlagefläche ein gehärteter Tragkörperwerkstoff.
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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 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, 3b – zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Werkzeuges in Teildarstellung,
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3c – ein nicht erfindungsgemäßes Werkzeug 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 abgestützte 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 und 3b zeigen zwei 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 nicht erfindungsgemäßes Werkzeug in Teildarstellung 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 Beispielen 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 Ausnehmungen 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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Bezugszeichenliste
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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
