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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer strukturierten, Erhöhungen und Vertiefungen aufweisenden Oberfläche an einem Werkstück aus Holz, insbesondere an einer Parkettdiele, an einem Holzpaneel oder ähnlichem, wobei bei dem Verfahren mit Hilfe mindestens eines um eine Achse rotierenden, mit einer oder mehreren Schneiden versehenen, spanabhebenden Werkzeuges Material von der Werkstückoberfläche abgetragen wird, während zwischen Werkstück und Werkzeug eine Relativbewegung stattfindet.
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Ein typischer Anwendungsfall des im Oberbegriff genannten Verfahrens ist die Herstellung einer Parkettdiele mit strukturierter Oberfläche. Alternativ eignet sich das Verfahren jedoch auch für die Bearbeitung von Paneelen und ähnlichen Werkstücken aus Holz.
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Gemäß der
DE 1 621 755 A1 wird ein Relief auf einer zuvor ebenen Holzoberfläche erzeugt, indem in die Holzoberfläche zuerst lokal durch Druck von Stempeln Vertiefungen geprägt werden, dann die Oberfläche glatt gehobelt wird, dann das Holz soweit befeuchtet wird, dass sich die zuvor durch Druck komprimierten Bereiche aufquellen und emporheben. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist vor allem, der erforderliche Zeitaufwand und dass das Ergebnis stark von den lokalen, keineswegs immer ausreichend reproduzierbaren Eigenschaften des verwendeten Werkstoffes abhängig ist.
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Gemäß der
EP 1 852 229 A2 wird an Holzplatten eine strukturierte Oberfläche erzeugt, indem erst in einer ersten Richtung eine Reihe von zueinander parallelen Rillen gesägt wird und dann in einer zweiten, zur ersten Richtung in einem spitzen Winkel liegenden Richtung, ebenfalls eine Reihe von zueinander parallelen Rillen gesägt wird, so dass sich die Rillen unterschiedlicher Richtung überkreuzen. Die Rillen werden durch Kreissägeblätter gesägt, deren Rotationsachse normal zur jeweiligen Rillenrichtung ausgerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Ebene der Kreissägeblätter nicht genau normal zu deren Rotationsachse, sondern geringfügig davon abweichend, wodurch sich abgerundete Flanken der Rillen ergeben. Nachteilig an der Methode ist, dass zumindest zwei spanabhebende Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind, dass dabei im Fall von rechteckförmigen Holzplatten – wie beispielsweise Parkettdielen – die Vorschubrichtung der Platten nicht mit deren Längs- oder Querrichtung zusammenfällt, was das Verfahren kompliziert macht.
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Gemäß der
EP 2 078 597 A2 wird eine strukturierte Holzoberfläche, beispielsweise für Holzböden erzeugt, indem die Struktur in eine ebene Holzoberfläche in einem Zustand geprägt wird, in welchem die Holzoberfläche einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Das Verfahren ist zwar relativ einfach, aber es sind nur relativ seichte, flache Strukturen erzielbar und auch ihre Tiefe ändert sich im Lauf der Zeit, insbesondere wenn es zu Feuchtigkeitseinwirkung kommt.
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Die
WO 2007/072198 A2 beschreibt eine Bodenplatte aus einem künstlichen Verbundmaterial an dessen Oberseite eine Struktur eingeprägt ist. Diese strukturierte Oberfläche wird mit einer dünnen, bedruckten Schicht beklebt, auf welcher eine zur Struktur passende Holzoberfläche abgebildet ist. Tatsächlich handelt es sich nicht um eine Holzplatte.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, an einer Fläche eines Werkstückes aus Holz in einem einzigen Bearbeitungsgang eine strukturierte Oberfläche auszubilden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäß Verfahren vorgeschlagen, dass die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug derart erfolgt, dass die sich bei einem vollständigen Umlauf einer der Schneiden des rotierenden Werkzeuges durch diese Schneide ergebende Materialausnehmung am Werkstück mit der sich bei einem nachfolgenden vollständigen Umlauf derselben Schneide des rotierenden Werkzeuges ergebenden Materialausnehmung mit einem Überdeckungsgrad von weniger als 50% überdeckt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Schneideneingriffen am Werkstück so groß zu machen und begleitend dazu die Vorschubbewegung so rasch zu machen, dass die bei der Bearbeitung entstehenden Materialausnehmungen einander allenfalls nur zum Teil überdecken, so dass der Überdeckungsgrad der Materialausnehmungen, also das Maß, in dem die von den Schneiden in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten ausgebildeten Materialausnehmungen an der Oberfläche identisch verlaufen, kleiner als 50% der bearbeiteten Oberfläche ist. Auf diese Weise werden je nach vorgegebener Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sich regelmäßig oder auch unregelmäßig widerholende Oberflächenstrukturen in einem einzigen Bearbeitungssschritt ausgebildet.
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Die Welligkeit ist dort am höchsten, wo sich die Eingriffsflächen von aufeinander folgenden Schneiden am Werkstück gar nicht überlappen. Geometrisch bedingt kann das nur maximal in zwei Teilsektoren der Umlaufbewegung einer Schneide um die Rotationsachse des Werkzeuges der Fall sein.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es insbesondere möglich, Oberflächenstrukturen auszubilden, die gerade nicht parallel zueinander verlaufende Materialausnehmungen aufweisen. Vielmehr können auch unregelmäßig verlaufende Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die keine Scharen von zueinander parallelen, geraden Rillen oder Erhebungen aufweisen, welche von Werkstückrand zu Werkstückrand durchlaufen.
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So lassen sich im Anwendungsfall für Bodendielen auch Oberflächenstruktur erzeugen, mit denen ein Fußmassageeffekt erziel wird. Für diesen Massageeffekt ist es sehr vorteilhaft, wenn die Struktur abwechslungsreich und nicht in einfacher Weise regelmäßig ist und wenn sie keine von Rand zu Rand gerade durch verlaufenden Erhebungen oder Rillen aufweist.
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Indem zwischen zwei Schneideneingriffen am Werkstück eine weite Vorschubbewegung ausgeführt wird, wird am Werkstück eine in Vorschubrichtung verlaufende Welligkeit erzeugt, deren Periodenlänge gleich der Dauer zwischen zwei aufeinander folgenden Werkzeugeingriffszeitpunkten mal der Vorschubgeschwindigkeit ist. Um mittels dieser Welligkeit im Fall der Anwendung an Parkettdielen eine gute Massagewirkung erzielen zu können, wird vorgeschlagen, dass diese Periodenlänge mindestens 5 mm, besser mindestens 1 mm, typischerweise 15 mm beträgt.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
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Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die gewünschten, gegebenenfalls auch unregelmäßigen Oberflächenstrukturen zu erzeugen wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug gegenüber dem Werkstück beim Materialabtrag zumindest zweitweise zusätzlich oszillierende Bewegungen vollzieht. Durch die oszillierenden Bewegungen, die beispielsweise durch die Maschinensteuerung der Bearbeitungsmaschine vorgegeben werden, lassen sich interessante Oberflächenstrukturen erzeugen, bei denen sich die die Höhen und Tiefen sowie Verlauf der Materialausnehmungen durch Vorgeben der Oszillationsbewegungen des Werkzeuges gezielt einstellen lassen.
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Vorzugsweise führt das Werkzeug zur Erzeugung der Oszillationsbewegungen mit seiner Rotationsachse in einer parallel zur Oberfläche des Werkstückes verlaufenden Ebene die oszillierenden Bewegungen aus. Alternativ oder ergänzenden kann das Werkzeug mit seiner Rotationsachse zur Oberfläche des Werkstückes jedoch auch in einer nicht parallel zur Oberfläche, vorzugsweise senkrecht zu dieser verlaufenden Ebene die oszillierenden Bewegungen ausführen. Auch sind kombinierte zeitlich versetzte oder gleichzeitige Oszillationsbewegungen in den verschiedenen Ebenen möglich.
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Des weiteren wird, insbesondere bei Verwendung von Werkzeugen mit profilierten Schneiden, vorgeschlagen, dass das Werkzeug in axialer Richtung seiner Rotationsachse gesehen oszillierende Bewegungen ausführt.
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Dabei ist zu bemerken, dass unter dem Begriff „oszillierende Bewegung” im Sinne der Erfindung nicht nur eine gleichmäßige oszillierende Bewegung verstanden wird, sondern auch unregelmäßig oszillierende Bewegungen.
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Als Werkzeug wird beispielsweise ein Stirnplanfräser verwendet, der gegebenenfalls zur Flächennormale auf die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks geneigt verläuft.
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Ferner wird vorgeschlagen, als Werkzeug eine Hobelspindel zu verwenden. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Hobelspindel mehrere Hobelschneiden aufweist, deren Schneidkanten unterschiedliche radiale Abstände zur gemeinsamen Rotationsachse aufweisen. Auf diese Weise lassen sich bereits die gewünschten Effekte erzielen. Alternativ oder ergänzend hierzu können die Schneidkanten der Hobelschneiden profiliert sein und die Hobelschneiden in axialer Richtung der Hobelspindel betrachtet zusätzlich derart versetzt zueinander an der Hobelspindel vorgesehen sein, dass unterschiedliche Abschnitte des Werkstückes von den beiden Hobelschneiden abgetragen werden.
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Des weiteren wird vorgeschlagen, dass die Werkstückoberfläche nach der spanabhebenden Bearbeitung gebürstet wird, wobei die Bürsten vorzugsweise zusätzlich eine oszillierende Bewegung ausführen. Die verwendeten Bürsten dienen insbesondere dazu, weiches Material, beispielsweise das weiche Holz zwischen den Jahresringen, zu entfernen, sodass neben der mechanisch eingebrachten Oberflächenstruktur zusätzlich die natürliche Oberflächenstruktur des Holzes herausgearbeitet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können in einem Bearbeitungsschritt auch mehrere Werkzeuge kombiniert zum Einsatz kommen, beispielsweise ein oder mehrere Stirnfräsen und ein oder mehrere Hobelspindeln sowie Bürsten, wobei eines oder mehrere der Werkzeuge die angesprochenen oszillierenden Bewegungen vollführen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 in einer seitlichen Teilschnittansicht eine Vorrichtung, die ein Werkstück nach einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet;
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2 eine Draufsicht auf das Werkstück nach der in 1 gezeigten Bearbeitung;
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3 in einer seitlichen Teilschnittansicht eine Vorrichtung, die ein Werkstück nach einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet; und
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4 eine Ansicht des in 3 gezeigten spanabhebenden Werkzeuges mit Blickrichtung normal zur Rotationsachse des Werkzeuges.
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Gemäß 1 wird als spanabhebendes Werkzeug ein Stirnplanfräser 2 verwendet, welcher nur zwei Messer 2.1 aufweist. Die Messer 2.1 ragen an gegenüberliegenden Stellen der äußeren Randlinie der dem Werkstück 1 zugewandten Stirnfläche des Stirnplanfräsers 2 aus der Ebene dieser Stirnfläche hervor. Die Bewegungslinie verläuft durch die dem Stirnplanfräser 2 zugewandte Fläche des Werkstücks 1 in das Werkstück 1 hinein. Bei einer Bewegung eines der Messer 2.1 durch das Volumen des Werkstücks 1 schneidet das Messer 2.1 eine Furche 1.1 als Materialausnehmung in die dem Stirnplanfräser 2 zugewandte Fläche des Werkstücks 1.
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Das Werkstück 1 ist typischerweise ein Brett oder eine Latte aus Holz. Seine dem vom Stirnplanfräser 2 zugewandte, von diesem zu bearbeitende Fläche ist ursprünglich eben. Das Brett führt relativ zur Rotationsachse des Stirnplanfräsers 2 in der durch einen geraden Pfeil symbolisierten Richtung eine Vorschubbewegung aus. Diese Vorschubbewegung erfolgt so rasch, dass die Querschnittsflächen von Furchen 1.1, welche von hintereinander erfolgenden Eingriffen von Messern 2.1 in die Werkstückoberfläche verursacht wurden, einander nicht wie bei üblichen Ausfräsungen stark überlappen, sondern kaum bis gar nicht überlappen, der Überlappungsgrad also gegen Null geht.
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Im dargestellten Beispiel, bei dem von einem Werkstück ausgegangen wird, welches schmäler ist als der Durchmesser des Stirnplanfräsers, überlappen sich die Querschnittsflächen benachbarter Furchen 1.1 gar nicht. Zwischen zwei benachbarten Furchen 1.1 bleibt eine Erhöhung 1.2 stehen.
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In dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel liegt die Rotationsachse des Stirnplanfräsers 2 zur Vorschubrichtung des Werkstücks nicht normal, sondern ist so weit davon abweichend ausgerichtet, dass die Messer 2.1 nur während eines kleineren Winkelbereiches als 180° ihrer Kreisbewegung mit dem Werkstück 1 in Eingriff sind. Damit wird an der dem Stirnplanfräser 2 zugewandten Seite des Werkstücks 1 die in 2 erkennbare Struktur gebildet, worin sich Erhöhungen 1.2 mit etwa sichelförmigem Verlauf und dazwischen liegenden Furchen 1.2, die annähernd entlang einer Teilkreislinie verlaufen, abwechseln.
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Es ist durchaus möglich die Rotationsachse des Stirnplanfräsers 2 normal zu der zu bearbeitenden Werkstückfläche auszurichten. Dabei entsteht eine Struktur, bei welcher aus der Struktur von 2 noch entgegengesetzt gekrümmte Nuten 1.1 herausgeschnitten werden. An Erhöhungen bleiben dann nur die Schnittflächen zwischen einander kreuzenden Erhöhungen 1.2 stehen.
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Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in den 3 und 4 gezeigt ist, wird als spanabhebendes Werkzeug eine Hobelspindel 12 verwendet. Die Rotationsachse der Hobelspindel 12 liegt parallel zu der ursprünglich ebenen zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 11. Das Werkstück 11 führt relativ zur Rotationsachse der Hobelspindel 12 eine tangential verlaufen Vorschubbewegung durch. Der Abstand des Werkstücks 11 zur Rotationsachse der Hobelspindel 12 ist dabei so bemessen, dass die Hobelschneiden 12.1, 12,2 der Hobelspindel 12, welche radial von der Hobelspindel 12 abstehen, durch die der Hobelspindel 12 zugewandte Fläche des Werkstücks 11 in das Werkstück 11 eindringen und somit etwas aus dieser Fläche herausschneiden.
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Die Vorschubbewegung des Werkstücks 11 erfolgt so rasch, dass die Querschnittsflächen von Furchen 11.1, welche von hintereinander erfolgenden Eingriffen von Hobelschneiden 12.1, 12.2 in die Werkstückoberfläche verursacht wurden, einander nicht wie bei üblichen Hobelvorgängen stark überlappen, sondern kaum bis gar nicht überlappen. In der bearbeiteten Fläche des Werkstücks 11 wechseln damit entlang der Vorschubrichtung ähnlich des Verlaufs einer Wellenlinie Vertiefungen und Erhöhungen einander ab.
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In der in 4 symbolisierten, vorteilhaften Ausführungsform einer Hobelspindel 12 ist die Höhe der Hobelschneiden 12.1, 12.2, also der Radialabstand ihrer Schneidkante von der Rotationsachse der Hobelspindel 12 über den Längsverlauf der Hobelspindel 12 nicht konstant, sondern schwankt in mehreren Perioden zwischen jeweils einem Minimalwert und jeweils einem Maximalwert. Dadurch wird von einer Hobelschneide 12.1 bzw. 12.2 parallel zur Rotationsachse der Hobelspindel 12 im Werkstück nicht einfach eine durchgehende Nut geschnitten, sondern nur eine Folge von Vertiefungen zwischen denen weniger tief geschnittenen Bereiche stehen bleiben. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Höhenschwankungen der beiden Hobelschneiden 12.1 und 12.2 über den Längsverlauf der Hobelspindel 12 nicht gleich verlaufen, sondern eine Phasenverschiebung aufweisen. Im dargestellten Beispiel weist eine Hobelschneide 12.1 immer dann maximale Höhe auf, wenn die andere Hobelschneide 12.2. minimale Höhe aufweist und umgekehrt.
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Natürlich sind auch andere Beziehungen von Hobelschneiden zueinander möglich, beispielsweise auch solche, bei denen der Axialabstand zwischen zwei Punkten maximaler Höhe einer Schneide anders ist als dieser Abstand an der anderen Schneide, dass also die Periodenlängen der Höhenschwankungen zwischen unterschiedlichen Schneiden unterschiedlich sind.
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Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit folgenden Betriebsdaten erzielt:
Durchmesser der Hobelspindel 200 mm; Drehzahl 2000 U/min; Vorschub 30 m/min, Schnitttiefe 0,3 mm, zwei Hobelspindeln mit jeweils einer Hobelschneide.
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Anstatt zwei Schneiden auf einer Hobelspindel anzubringen, kann man auch zwei Hobelspindeln in Vorschubrichtung hintereinander anordnen und an jeder Hobelspindel nur jeweils eine Hobelschneide anbringen. Man kann dann bei einer vorteilhaft höheren Drehzahl dennoch einen ausreichend hohen zeitlichen Abstand zwischen einzelnen Schneideneingriffen erreichen. Analoge Überlegungen gelten auch für Stirnplanfräser.
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Zu den besprochenen Möglichkeiten hinzu kann man im gleichen Arbeitsdurchlauf oder auch in einem oder mehreren späteren Arbeitsdurchläufen weitere spanabhebende Arbeitsvorgänge durchführen um weitere Strukturen in Werkstückoberflächen hinein zu schneiden.
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Man kann – sozusagen als „gewollter Hobelschlag” – eine Hobelspindel zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung normal zur Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes oszillierend bewegen.
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Man kann eine Hobelspindel, bei welcher die Höhe der Hobelschneide über den Axialverlauf der Spindel schwankt, zusätzlich zu ihrer Rotationsbewegung parallel zu ihrer Rotationsachse oszillierend bewegen.
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Man kann einen Stirnplanfräser zusätzlich zu seiner Rotationsbewegung in der Ebene der zu behandelnden Werkstückoberfläche und/oder normal dazu oszillierend bewegen.
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Man kann die Werkstückoberfläche mit rasch rotierenden Bürsten unterschiedlichster Form bürsten und so eine überlagerte Struktur erzeugen, indem leichter abtragbare Materialzonen des Werkstücks mehr abgetragen werden als dazwischen liegende, schwerer abtragbare Zonen. Auf diese Art wird zusätzlich die Maserung des verwendeten Holzes zur Strukturbildung herangezogen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 1.1
- Furchen
- 1.2.
- Erhöhungen
- 2
- Stirnplanfräser
- 2.1
- Messer
- 11
- Werkstück
- 11.1
- Furchen
- 12
- Hobelspindel
- 12.1
- Hobelschneide
- 12.2
- Hobelschneide
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1621755 A1 [0003]
- EP 1852229 A2 [0004]
- EP 2078597 A2 [0005]
- WO 2007/072198 A2 [0006]
