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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Entgratungsmaschine, bestehend aus
einem Maschinengrundgestell, auf dem wenigstens eine Werkstückaufnahme
zur Aufnahme eines Werkstückes und wenigstens ein Vorschubantrieb
und wenigstens ein Entgratungswerkzeug angeordnet sind, wobei durch den
Vorschubantrieb das Werkstück und ein Entgratungswerkzeug
in einem Freiheitsgrad gegeneinander bewegbar sind.
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Bei
der Herstellung von Gussteilen aus Kunststoff oder Metall bilden
sich an den Kanten von aneinandergrenzenden Teilen der Gussform
Grate aus, die dadurch entstehen, dass die flüssige Vergussmasse
in Spalten zwischen den Teilen der Form einfließt. Die
Größe dieser Grate kann durch Temperaturschwankungen
und durch Verschleiß der Form mit steigender Anzahl der
Güsse größer werden.
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Für
eine Nachbearbeitung der Gussform muss zusätzliches Material
aufgetragen werden, das dann meistens über die beabsichtigte
Kontur der Gussform hinausragt und mit einigem Aufwand auf die vorgesehene
Form zurück gestutzt werden muss. Dabei gilt es auch noch,
die vorgesehene Toleranz des gesamten Gussstückes einzuhalten.
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Deshalb
ist es in aller Regel wirtschaftlicher, den Gussgrat in Kauf zu
nehmen und ihn bei jedem Exemplar nachträglich zu entfernen.
Bei Einzelstücken und kleinen Stückzahlen ist
es am einfachsten, den Gussgrat mit Werkzeugen oder Elektrogeräten zu
entfernen, die von Hand geführt werden.
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Abhängig
von der Komplexität des Gratverlaufes und der Stückzahl
identischer Teile kann es wirtschaftlich interessant werden, den Gussgrat
mit einer Entgratungspresse in einem einzigen Arbeitsgang zu entfernen.
So beschreibt z. B. die
DE 102
25 528 eine Entgratpresse, bei der das Werkstück
auf einem Pressentisch in einer Werkstückaufnahme fixiert
wird und ein speziell auf die Gusskante des Werkstückes
abgestimmtes Stanzwerkzeug von der Presse auf das Werkstück
gepresst wird, wobei alle überstehenden Grate abgetrennt
werden.
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Der
entscheidende Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der gesamte,
abgetrennte Grat auf dem Pressentisch zurückbleibt und
durch seitliches Herausfahren und anschließendes Verschwenken
des Pressentisches entfernt werden muss. Dazu verfährt die
DE 102 25 528 den Pressentisch
nicht in einer horizontalen, sondern in einer geneigten Richtung,
wodurch die Vorschubkraft spürbar anwächst, aber
unterhalb der Maschinenebene keine Grube zum Entsorgen der Grate
in den Fußboden der Halle eingebracht werden muss.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass der in einem einzigen Arbeitsgang abgetrennte
Grat sehr groß und mit zahlreichen Widerhaken versehen
sein kann, so dass er sich mit den abgetrennten Graten des nächsten
Werkstückes verhaken kann und eine sehr sperrige und schwierig
zu hantierende Abfallmenge ergibt.
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Ein
gravierender Nachteil sind auch die erheblichen Investitionskosten,
die für das Verfahren des gewichtigen Tisches und das dafür
erforderliche, entsprechend belastbare Fundament aufzubringen sind.
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Alternativ
zur Entgratung in einer Presse mit einem Stanzvorgang ist es auch
bekannt, die Grate mit einem standardisierten Fräswerkzeug
zu entfernen, das durch eine Werkzeugmaschine geführt wird. Durch eine
CNC-Steuerung kann das Fräswerkzeug genau an die Kontur
des Werkstückes angepasst werden und erzeugt so eine entgratete
Oberfläche von sehr hoher Maßgenauigkeit. Im Vergleich
zum Entgraten durch Stanzen ist die beim Abfräsen erzielbare
Oberflächengenauigkeit so hoch, dass unter Umständen
der auf das Stanzen ansonsten noch folgende Arbeitsgang eingespart
werden kann.
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Auch
dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Entsorgung der mitunter
recht sperrigen Gussgrate nicht befriedigend gelöst ist.
Das bei Werkzeugmaschinen meist übliche Abspülen
der Späne reicht für eine Entgratungsmaschine
nicht aus, da die abgetrennten Metallteile dafür zu groß sein
können.
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Auf
diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt,
eine Entgratungsmaschine zu entwickeln, die ein leichtgewichtiges,
aber stabiles Maschinengestellt aufweist, das die abgetrennten Gussgrate
selbsttätig entsorgt.
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Als
Lösung lehrt die Erfindung, dass das Maschinengrundgestell
etwa unterhalb des Ortes vom Eingriff des Entgratungswerkzeuges
wenigstens eine Abfallöffnung aufweist, unterhalb derer
eine Abfallentsorgung angeordnet ist.
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Das
wichtigste Merkmal der Erfindung ist also die Abfallöffnung,
die in das Maschinengrundgestell an derjenigen Stelle eingefügt
ist, an der der Abfall auch anfällt. Die Abfallöffnung
wirkt wie ein Fallschacht, in dem das abgetrennte Gussteil durch
seine Schwerkraft nach unten befördert wird. Unterhalb des
Maschinengrundgestells kann eine beliebige Entsorgungseinrichtung
installiert werden. Je nach dem zur Verfügung stehenden
Raum und der Menge des zu entsorgenden Abfalls kann es im einfachsten Fall
ein Container sein, der in regelmäßigen Abständen
ausgewechselt wird. Bei größeren Abfallmengen kann
auch ein Förderband oder ein Drehteller sinnvoll sein,
der die abgetrennten Teile unter dem Maschinengrundgestell herausbefördert
und abtransportiert.
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In
der Praxis wird das Maschinengrundgestell meist zahlreiche Abfallöffnungen
von etwa gleicher Größe aufweisen. Die Mindestgröße
bestimmt sich nach den Abmessungen des größten,
zu erwartenden Gussgratteiles. Es ist sinnvoll, diese Abfallöffnungen
regelmäßig zueinander anzuordnen, sodass alle
Abfallöffnungen eine Gitterstruktur bilden. Ein solches
Maschinengrundgestell hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu einem
massiven Grundgestell eine erheblich geringere Masse hat und deshalb
eine geringere Investition erfordert. Auch die Folgekosten z. B.
für den Transport und das Fundament sind niedriger.
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Eine
gitterartige Struktur bietet im Vergleich zu einem massiven Block
den Vorteil einer sehr viel höheren Festigkeit in Bezug
auf das Gesamtgewicht, was z. B. durch Gitterkonstruktionen bei
Brücken oder Holzskeletten bei Hochbauten jedermann bekannt
ist.
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Ein
weiterer Vorteil dieses Prinzips ist, dass auf der Basis einer Gitterstruktur
Maschinen modular entwickelt und gefertigt werden können,
so dass sie mit begrenztem konstruktivem und limitiertem fertigungstechnischem
Aufwand an verschiedene Größen und Aufgaben bei
der Entgratung angepasst werden können.
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Dafür
schlägt die Erfindung z. B. vor, dass das Maschinengrundgestell
aus mehreren länglichen Metallplatten besteht, deren Schmalseite
etwa vertikal verläuft und deren Längsseite horizontal
ausgerichtet ist. Solche Metallplatten sind ein einfach zu beschaffendes Halbzeug,
für dessen Bearbeitung auf bekanntem Stand der Technik
zahlreiche Maschinen verfügbar sind. Durch die vertikale
Ausrichtung der Metallplatten können sie trotz ihres relativ
sehr geringen Eigengewichtes erhebliche Kräfte aufnehmen. Dadurch
können – anders als bei Pressen – von
einem erfindungsgemäßen Maschinengrundgestell Werkstücke
getragen werden, die um ein vielfaches gewichtiger als das Maschinengrundgestell
selbst sind.
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Für
eine ausreichende Festigkeit sollten sich dabei wenigstens zwei
Metallplatten kreuzen. Bevorzugt wird, dass sämtliche Metallplatten
des Maschinengrundgestells miteinander zu einem Gitter verbaut sind,
z. B. in dem bei zwei sich kreuzenden Metallplatten an den Berührungspunkt
beider Platten je zwei Schlitze eingebracht werden, die sich über
die halbe Breite erstrecken und die Metallplatten bei diesen Schlitzen
jeweils ineinander gesteckt und anschließend verschweißt
werden.
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Zur
Entgratung muss das Entgratungswerkzeug gegenüber dem Werkstück
bewegt werden. Dabei kann entweder die Werkstückaufnahme
ortsfest sein und sich das Entgratungswerkzeug dagegen bewegen.
Alternativ ist das Entgratungswerkzeug ortsfest angeordnet und die
Werkstückaufnahme bewegt das Werkstück dagegen.
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Bei
einem sehr gewichtigen Werkstück kann es von Vorteil sein,
wenn es in einer bestimmten Position verharrt und stattdessen die
Entgratungswerkzeuge zum Werkstück geführt werden.
Diese Konfiguration ist auch für den gleichzeitigen Eingriff
mehrerer Bearbeitungswerkzeuge zur Entgratung sinnvoll.
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Wenn
das Gussstück jedoch relativ leichtgewichtig ist, kann
es vorteilhafter sein, die Entgratungswerkzeuge ortsfest zu montieren
und das Werkstück zum Werkzeug zu führen und es
entsprechend den Raumkoordinaten der mit Gussgraten besetzten Flächenanteile
im Raum zu bewegen. Dazu sind in aller Regel wenigstens drei Achsen
erforderlich. Wenn die entgratete Fläche kontinuierlich
in die benachbarten Flächen übergehen soll, dann
sind oft auch vier Freiheitsgrade, also in aller Regel vier separate
Vorschubantriebe nötig.
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Auf
aktuellem Stand der Technik ist es i. d. R. wirtschaftlicher, für
jede Bewegungsachse auch einen separaten Vorschubantrieb einzusetzen.
Prinzipiell ist es von Werkzeugmaschinen her bekannt, dass ein Zentralantrieb über
Kupplungen mit einem von mehreren Vorschüben wechselweise
verbunden wird. Derzeit ist jedoch der Mehraufwand für
diese Kupplungen kaum kostengünstiger als ein eigener Antrieb
jeder Achse. Als wesentlicher Nachteil muss jedoch eingestuft werden,
dass eine synchrone Bewegung all dieser Achsen mit einem zentralen
Antrieb praktisch nicht möglich ist.
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Als
Entgratungswerkzeuge nennt die Erfindung drei Gruppen, nämlich
rotierende Scheiben wie Schleifscheiben, Trennscheiben, Sägescheiben
oder andere. Als spanabhebende Werkzeuge werden Fräsköpfe
genannt. Einsetzbar sind auch abscherende Werkzeuge wie Zangen,
Stanzen, Scheren oder andere, bei denen sich zwei Schneidkanten
aufeinander zu bewegen und abschließend aneinander vorbeigleiten,
wobei der Gussgrat durch das abscherende Werkzeug abgeschert und/oder
abgequetscht wird.
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Die
Auswahl eines dieser Werkzeuge hängt vom jeweiligen Einsatzfall
ab. Deshalb ist es sinnvoll, in einer Maschine mehrere Werkzeuge
zu installieren. Sie können z. B. nach Art eines Revolverkopfes durch
Verschwenken einer rundtischförmigen Werkzeugaufnahme aktiviert
werden. Der Nachteil ist, dass diese Werkzeugaufnahme relativ sperrig
ist und den Eingriff in räumlich begrenzte Winkel und Kerben des
Werkstückes erschwert. Deshalb ist es eine Alternative,
ein Werkzeugreservoir vorzusehen, aus dem die Vorschubachse das
jeweils benötigte Werkzeug im Einsatzfall abholt und zum
Einsatzort fährt.
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Im
Prinzip ist es zur Reduzierung der Entgratungszeit sinnvoll, dass
mehrere Entgratungswerkzeuge gleichzeitig in das Werkstück
ein greifen. Dazu muss jedes Entgratungswerkzeug von wenigstens
einer Vorschubachse bewegt werden.
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In
einem ganz einfachen Anwendungsbeispiel, bei dem sich der Gussgrat
nur auf einer einzigen Ebene des Werkstückes erstreckt,
kann es ausreichend sein, das Werkstück nur um eine vertikale Achse
zu verschwenken wird und mit einer Vorschubachse ein Entgratungswerkzeug
auf den Gussgrat zu und von ihm weg zu bewegen.
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Wenn
der Gussgrat in einer Linie verläuft und das Werkstück
auf der Werkstückaufnahme so positioniert werden kann,
dass der Gussgrat mit der Vorschubachse fluchtet, kann sogar das
Verschwenken des Werkstückes eingespart werden.
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Für
beliebig verlaufende Gussgrate und für den Fall, dass die
zu entgratende Fläche abschließend als dreidimensional
gekrümmte Freiformfläche bearbeitet werden muss,
kann eine Bewegung jedes Entgratungswerkzeuges um drei oder vier
Achsen erforderlich werden. Eine solche Maschine ist zwar relativ
aufwändig, ermöglicht jedoch die Fertigung von Flächen,
deren Verlauf sehr komplex ist – also z. B. in allen drei
Dimensionen gekrümmt ist – und bei der nur sehr
geringe Abweichungen von dieser Form zulässig sind, also
eine sehr hohen Güte bei der Bearbeitung erforderlich ist Auf
aktuellem Stand der Antriebstechnik können als Vorschubantriebe
bei relativ kleinen Maschinen mit geringem Drehmomentbedarf der
Vorschubantriebe Schrittmotoren eingesetzt werden. Ihr Vorteil ist,
dass sie jeden empfangenen Stromimpuls in die Verschwenkung um einen
bestimmten Winkel umsetzen. Deshalb kann auf einen Istwertgeber
zur Kontrolle der tatsächlich erreichten Position verzichtet
werden. Der Schrittmotor bewegt sich nicht in einem geschlossenen
Regelkreis, sondern wird lediglich angesteuert. Sein wesentlicher
Vorteil sind die recht geringeren Kosten.
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Das
Prinzip ist dann nicht mehr geeignet, wenn – auch nur kurzzeitig – das
vom Schrittmotor abgebbare Drehmoment überschritten wird.
Dann geht die räumliche Orientierung des Vorschubes in Bezug
auf die Steuerung verloren, sodass entweder der Gussgrat nicht mehr
oder nicht ausreichend entfernt wird oder das Entgratungswerkzeug
sich viel zu tief in das Werkstück hineinarbeitet.
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In
diesen Fällen müssen Servomotoren eingesetzt werden,
also elektrische Vorschubantriebe, die mit einem integrierten Istwertgeber
ausgestattet sind, der von der übergeordneten Steuerung
ausgewertet werden kann. Damit kann die Steuerung bei erhöhtem
Drehmomentenbedarf auch den Strom durch den Motor entsprechend vergrößern.
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Alternativ
sind auch Hydraulikzylinder als Vorschubantrieb denkbar. Interessant
sind sie insbesondere für sehr große Kräfte,
die ausschließlich in linearer Richtung aufzubringen sind,
wie z. B. beim Stanzen.
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Als
Steuerung kann in einfachen Anwendungsfällen eine numerische
Steuerung ausreichen. Auf aktuellem Stand der Technik wird jedoch
in aller Regel eine CNC, also eine computerisierte, numerische Steuerung
eingesetzt. Für einen relativ sehr geringen Mehrpreis gegenüber
einer numerischen Steuerung kann die CNC zwischen den einzelnen Vorschubachsen
interpolieren, also z. B. einen beliebigen Punkt im Raum anfahren.
Dazu muss sie wenigstens drei, mechanisch zusammen arbeitende Vorschubantriebe
ansteuern können.
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Bei
vier oder mehr Vorschubantrieben kann nicht nur ein Punkt im Raum
angefahren werden, sondern an diesem Punkt das Werkzeug zusätzlich ausgerichtet
werden, z. B. entlang einer bestimmten Oberflächenkontur.
Als maximale Ausbaustufe kann durch die CNC-Steuerung eine frei
geformte Oberfläche der entgrateten Fläche erzeugt
werden. Die Eigenschaften dieser Fläche entsprechen dann
den mit entsprechenden Werkzeugmaschinen erreichbaren Oberflächen.
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Im
Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
anhand eines Beispiels näher erläutert werden.
Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern
nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 Schrägbild
einer Entgratungsmaschine mit drei Entgratungswerkzeugen
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Entgratungsmaschine als
Schrägbild dargestellt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel
ist mit drei Entgratungswerkzeugen (5) ausgestattet, die
jeweils auf einer horizontalen Achse bewegbar sind. Das Maschinengestell
(1) besteht aus insgesamt drei länglichen Metallplatten
(12). Deren Längsseiten sind horizontal ausgerichtet
und deren Schmalseite verlaufen vertikal.
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Zwei
der Metallplatten (12) sind parallel zueinander ausgerichtet
und werden in der Mitte von der dritten Metallplatte (12)
gekreuzt. In den Kreuzungspunkten sind die Metallplatten (12)
fest miteinander verbunden, z. B. verschweißt. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die beiden parallelen Metallplatten
(12) an ihren Enden zusätzlich durch massive Bolzen
miteinander verbunden.
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In
der dargestellten Variante dienen die Oberkanten der Metallplatten
(12) zugleich als Auflage für die horizontale
Führung der Aufnahmen für die Entgratungswerkzeuge
(5). In diesem Anwendungsfall sind es für die
horizontalen Bewegungen je zwei parallel laufende Schienen, auf
denen drei Schlitten mit einer Kugelführung beweglich gelagert
ist. Auf der hinteren der beiden parallelen Metallplatten (12)
sind zwei Schlitten bewegbar und auf der vorderen ein Schlitten.
Jeder Schlitten trägt ein turmartiges Gehäuse,
das in seinem unteren Teil den Vorschubantrieb (4) beherbergt
und an seinem oberen Ende ein Entgratungswerkzeug (5) trägt.
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Die
beiden hinteren Türme tragen je ein abscherendes Werkzeugs
(52). Als weiteres Entgratwerkzeug 5 ist auf dem
Turm des vorderen Schlittens ein Antriebsmotor und eine damit verbundene
rotierende Scheibe. (51) zu sehen. Alle drei Entgratungswerkzeuge
(5) können auf das Werkstück (3)
zu und vom Werkstück (3) weg gefahren werden.
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Als
zu entgratendes Werkstück (3) ist eine sechskantige
Säule in der Werkzeugaufnahme (2) befestigt, die
gegenüber einer Zwischenplatte verschwenkbar gelagert ist.
Diese Zwischenplatte ist ihrerseits gegenüber einer weiteren,
stets horizontalen Zwischenplatte verschwenkbar gelagert und zwar
mit einer um 90 Grad gegenüber der ersten Verschwenkbewegung
verlaufenden Schwenkachse.
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Die
horizontale Zwischenplatte, die die beiden Schwenkachsen mit der
Werkstückaufnahme (2) trägt, ist in der
Ebene in zwei Richtungen verfahrbar und zwar um einen relativ kurzen
Verfahrweg parallel zu den Vorschüben der Entgratungswerkzeuge
(5) und um einen relativ langen Weg quer dazu. Dieser lange
Verfahrweg ist auf der Längsseite der dritten Metallplatte
(12) angeordnet.
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In 1 ist
sehr gut zu erkennen, dass durch die insgesamt vier Freiheitsgrade
für die Bewegung der Werkstückaufnahme (2)
alle oberen und seitlichen Kanten und Flächen des Werkstückes
(3) in einem wählbaren Winkel mit einem der drei
Entgratungswerkzeuge (5) in Berührung kommen können.
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Ebenfalls
nachvollziehbar ist, dass nicht nur ein Entgratungswerkzeug (5),
sondern zwei oder sogar drei Entgratungswerkzeuge (5) gleichzeitig
auf das Werkstück (3) zugreifen können.
Jedes Entgratungswerkzeug (5) wird durch seinen Vorschubantrieb
(4) aktiviert, der über einen Schlitten auf der Längsseite
der Metallplatte eine schnelle Zustellbewegung ausführt.
Sobald er dem Werkstück 3 nahe gekommen ist, schaltet
er auf eine langsame Bewegung um, die das Entgratungswerkzeug (5)
exakt entlang der Kontur der zu entgratenden Kanten oder Flächen
des Werkstückes (3) führt.
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In 1 wird
das wichtigste Merkmal der Erfindung sehr gut deutlich, nämlich
dass das Schnittgut – also die abgetrennten Gussgrate – durch
die Abfallöffnung (11) zwischen den beiden parallel
verlaufenden Metallplatten (12) hindurch nach unten abfallen.
Die in 1 gezeich nete Ausführungsform der Erfindung
weist also nur zwei Abfallöffnungen (11) auf,
nämlich zwischen den beiden parallel verlaufenden Metallplatten
(12). Die eine Abfallöffnung (11) ist
links von der kreuzenden, dritten Metallplatte (12) und
die andere Abfallöffnung (11) rechts davon angeordnet.
In 1 wird nachvollziehbar, dass die Abfallöffnungen
(11) durch die Zuordnung der sich kreuzenden Metallplatten
(12) gebildet worden sind.
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In 1 nicht
gezeichnet, aber sehr einfach vorstellbar ist, dass unterhalb der
Abfallöffnungen (11) des Maschinengrundgestells
(1) ein Container oder eine Transporteinrichtung die herab
gefallenen Teile aufnimmt und abtransportiert.
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- 1
- Maschinengrundgestell
- 11
- Abfallöffnung,
im Maschinengrundgestell 1
- 12
- Metallplatte,
Teil des Maschinengrundgestells 1
- 2
- Werkstückaufnahme,
zur Aufnahme eines Werkstückes (3), auf Maschinengrundgestell 1 angeordnet
- 3
- Werkstück
mit Gussgraten
- 4
- Vorschubantrieb,
zur Bewegung eines Entgratungswerkzeuges 5 oder der Werkstückaufnahme 2 im
Maschinengrundgestell 1
- 5
- Entgratungswerkzeug
- 51
- rotierende
Scheibe als Entgratungswerkzeug 5
- 52
- abscherendes
Werkzeug als Entgratungswerkzeug 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10225528 [0005, 0006]