DE19545084C1 - Drehantreibbares Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein drehantreibbares Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen mit einem Schaft zur Befestigung an einer Werkzeugspindel.

Werkzeuge der gattungsgemäßen Art werden zum Herstellen von Löchern sowie zur Kanten- und Flächenbearbeitung von Werkstücken aus verschiedenen Materialien eingesetzt. Sie sind beispielsweise verwendbar für die Herstellung von Löchern in geschäumtem Kunststoff (Hart- oder Weichschaum) Aluminium, Kupfer, Stahl oder Holz, sowie Vollkunststoff und Pappmaterialien. Entsprechend der Härte des zu bearbeitenden Materials sind die Schneiden und Zähne in ihrer Form und dem Härtegrad auszubilden.

Ein solches Werkzeug ist beispielsweise als Lochschneider zum Aus schneiden von Formteilen aus Schaummaterial bekannt und weist einen zylinderförmigen äußeren dünnwandigen (2 mm) Schneidringkörper auf, der an der Stirnseite Sägezähne und an der Außenseite Raspelzähne aufweist, sowie gegenüber der Längsachse schräg eingebrachte Nuten, die die Raspelzähne aufnehmen. Ein solcher Schneidring ist relativ dünnwandig ausgebildet, so daß beim Eindringen in das Material das Teil ausgeschnitten wird. Mittig kann ein Formbohrer vorgesehen sein, der während des Ausstechens eine bestimmte Lochform einbringt.

Ein bekannter Fräser besteht aus einem scheibenförmigen Teller mit einem Mittenschaft. An der Unterseite des scheibenförmigen Tellers stehen Raspelzähne - gegen die Drehrichtung geformt - vor. Das Loch wird durch Druck auf den rotierenden Fräser ausgearbeitet. Damit die Späne nicht nur nach außen abgeführt werden, sind radiale Durchgangsnuten vorgesehen, durch die die Materialspäne nach oben dringen und abgesaugt werden können. Die Schaftlänge ist der gewünschten Bearbeitungstiefe mit dem Werkzeug angepaßt.

Aus der DE-GM 66 09 601 ist ein Lochschneider insbesondere für Bleche bekannt, der als sog. Glockenfräser ausgebildet ist und einen Zahnkranz mit mindestens drei Zähnen trägt. Dieser Lochschneider weist einen mittigen Führungsstift auf. Bei diesem Lochschneider handelt es sich um ein Werkzeug, bei dem die Schneidwirkung nur durch die Zahnflanken gegeben ist. Eine Kombination mit anderen Schneiden ist nicht vorgesehen.

Aus der US-PS 3,008, 217 ist es weiterhin bekannt, eine rotierende Bearbeitungsscheibe aus dünnwandigem Blech herzustellen, in welcher Löcher durch einseitiges Aufdrücken eingebracht sind, wobei die aufgedrückten und vorstehenden Kanten zugleich die Zähne des Werkzeuges bilden. Aus der US-PS-2,437,668 ist eine ähnliche Ausbildung bei einem Fräser bekannt, bei dem die Zähne aus der Oberfläche hervorstehend gleichförmig sind und vor diesen teilweise Durchbrüche vorgesehen sind, über die die Späne in den innen hohlen Innenraum gelangen können, wo sie abgesaugt werden.

Ein Absaugen der Späne ist im übrigen auch aus der DE 33 33 177 C2 bekannt. Sie zeigt ein spanabhebendes Werkzeug mit Schneiden zur Bearbeitung von geschäumten Kunststoffen, welches im Inneren mit einer Durchtrittsöffnung und im Arbeitsbereich der Schneiden mit Ansaugschlitzen versehen ist, durch welche die abgetragenen Späne mittels einer Absaugvorrichtung abführbar sind. Die Schneiden sind als Raspelzähne ausgebildet. Die Ansaugschlitze unterbrechen jeweils den verzahnten Arbeitsbereich, in dem sie angeordnet sind. Die Ansaugschlitze sind dabei schräg zur Längsachse des jeweiligen Arbeitsbereiches des Werkzeuges verlaufend angeordnet. Desweiteren ist aus der US-PS 1,902,194 ist ein Bearbeitungskopf mit rotierenden, in Längsrichtung der Antriebsachse vorgesehenen Schneidmessern bekannt, wobei der Antriebschaft durch ein Hohlrohr geführt ist, über das die abgetragenen Späne ansaugbar sind.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das rotierende Werkzeug so auszubilden, daß bei leichter Bauweise, insbesondere auch bei Verwendung zur Bearbeitung von weichen Materialien, wie Kunststoffschaum-Werkstücken und dergleichen, eine hohe Spanleistung bei gleichzeitiger genauer Konturierung erzielbar ist. Desweiteren soll das Werkzeug durch einfache Modifikation für verschiedene Bearbeitungen, wie Ausstechen, Aus schneiden und für seitliche Spanabhebungen, verwendet werden können.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch die Ausgestaltung des rotierenden Werkzeuges gemäß den Merkmalen in Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 23 und vorteilhafte Verwendungen in den Ansprüchen 24 bis 27 wiedergegeben.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das rotierende Werkzeug zum einen als Säge- bzw. Raspelwerkzeug ausgebildet ist und zum anderen kombiniert ist oder kombiniert werden kann mit einer konzentrischen Schneidenanordnung, die das Material innerhalb des Ringes beim Bearbeitungsvorgang herausschneidet, so daß größere Späne bei gleichzeitiger, feiner Randbearbeitung bzw. Randbegrenzung abgetragen werden. Die Messeranordnungen können dabei auch Spanbrechernuten aufweisen, um die Späne beim Abtragen zu zerkleinern und um sie über eine aufgesetzte Absaugvorrichtung beseitigen zu können.

Die Höhe des Ringes ist an den Einsatz orientiert ausgebildet. Soll das Werkzeug zum Ausstechen höherer Teile verwendet werden, so muß der Ring zylinderförmig oder topfförmig ausgebildet sein und eine entsprechende Länge aufweisen. Es ist aber auch möglich, den Ring durch Einzelstege in Längsrichtung des Antriebsschaftes zu verlängern und im oberen Bereich die Verbindung zum Schaft herzustellen, so daß eine Zylinderform entsteht, wobei die unteren Zähne bei der Rotation das auszustechende Teil aus dem Werkstück herausschneiden.

Bei einer anderen Ausführung ist vorgesehen, daß die Messeranordnung fest mit dem Ring verbunden ist, z. B. sind auf gleichmäßigen Umfang verteilt drei Messer vorgesehen, die mit ihrer Schneidkante in Höhe der Zahnspitzen enden, so daß bei gleichzeitiger feiner Spanabtragung die Messer in gleicher Höhe das Material ausschneiden. Eine solche Anordnung kann - wie auch die erste - ferner einen Zentrierzapfen in Schaftverlängerung aufweisen oder aber auch einen rotierenden Mittenfräser anstelle eines solchen Zentrierzapfens, der dann beim Eindringen in das Material in gewünscht er Weise eine Mittenbohrung in Verlängerung ausformt. Durch eine relative Längsverschieblichkeit der Messeranordnung gegenüber dem Ring können auch bestimmte Bohrungen mit Vornut oder Abstufung in das Werkstück eingebracht werden.

Um das Absaugen von Spänen, insbesondere bei der Bearbeitung von geschäumtem Kunststoff, zu ermöglichen, können zwei Bauvarianten verwendet werden, wie sie in den Ansprüchen 6 und 14 angegeben sind. In beiden Fällen werden die abgetragenen Späne entweder durch den Antrieb hindurch oder seitlich vor dem Antrieb nach außen geführt. Die hierzu erforderlichen Absaugeinrichtungen und deren Ausbildung sind bekannt, beispielhaft wird auf die eingangs genannte DE 33 33 177 C2 verwiesen.

Die vorstehenden Zähne können verschiedene Formen aufweisen, eingefräst, eingeschliffen oder durch Behauen eingebracht sein. Die Form und Härte hängt jeweils von dem zu bearbeitenden Material ab. Ebenso können derartige Zähne - dies gilt für die Schneiden gleichermaßen - auch gehärtet sein. Für die Bearbeitung von weichen Materialien können die Zähne und die Schneiden sowohl aus Stahl, Hartmetall aber auch aus Aluminium oder anderen Werkstoffen, z. B. aus Kunststoff, bestehen. Umgekehrt sind die härteren Werkstoffe auszuwählen, um Werkstücke aus harten Materialien bearbeiten zu können.

Mit dem Werkzeug können Aluminium, Hart- und Weichschaum aus Kunststoff, Holz, Pappe und Kunststoffblöcke verarbeitet werden. Bei härteren Materialien sind die Schneiden und Zähne entsprechend auszubilden.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung können die rotierenden Werkzeuge, die Fräser sind, mit einer Zentrierspitze zum freihändigen Herstellen von Bohrungen in vorwiegend weichen Stoffen, wie z. B. Styropor, eingesetzt werden. Ohne Zentrierspitze ist das gleiche Werkzeug, z. B. zum Zentrumschneiden, zum Fräsen von Bohrungen und auch für die Herstellung von Freiformflächen, in weicheren und härteren Werkstoffen einsetzbar. Die Fräserausführung kann dabei einteilig oder mehrteilig sein. Die Speichen können auch ersetzt werden durch glockenförmige geschlossene Flächengebilde mit Durchtrittsöffnungen. Es können aber auch kegelstumpfförmig oder zylinderförmig ausgeformte Speichen für die Befestigung des Fräsringes vorgesehen sein.

Es hat sich herausgestellt, daß selbst mit einem so leicht aufgebauten Fräser mit Klebstoff zusammengefügte Platten mühelos bearbeitet werden können, ohne daß die Fräser sich zusetzen. Dies ist durch die kombinierte Raspel-/Schneid­ wirkung gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele ergänzend erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in der Seitenansicht mit Teilschnitt durch den als Schneidring vorgesehenen Ring

Fig. 2 eine Unteransicht,

Fig. 3 eine Seitenansicht mit, Zähnen an der Stirnseite des Ringes,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A in Fig. 2 durch das Werkzeug,

Fig. 5 ein Werkzeug mit einem Zentrierzapfen, einteilig ausgebildet und

Fig. 6 ein zweiteiliges rotierendes Werkzeug, bei dem die Messeranordnung auf einem mittigen Schaft aufgebracht ist und der Schneidring auf einen Hohlschaft, wobei eine glockenförmige Absaugvorrichtung die Anordnung umgibt und nur den Bearbeitungskopf freiläßt.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte rotierende Werkzeug ist einteilig und weist einen Schaft 2 auf, auf dem Schneidspeichen 3 im Bereich des Ringes 1 vorgesehen sind. Die Schneidspeichen können auch durch speichenförmige Träger ersetzt werden, an denen die Messer angebracht sind.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine einteilige Ausformung der Schneidspeichen 3 mit den Messerkanten 4 gegeben. Diese Schneidspeichen 3 stellen zugleich auch die Verbindung zu dem äußeren konzentrischen Schneidring 1 her, der an der unteren Stirnseite Sägezähne 6 aufweist, die umlaufend vorgesehen sind, um die Bearbeitungsfläche zu begrenzen. Der Ring 1 ist relativ dünnwandig ausgebildet und fest mit den Schneidspeichen 3 verbunden, z. B. durch Anschweißen oder einteiliges Ausfräsen aus einem Rundstahl. Wie in Fig. 4 dargestellt, weisen die Schneidspeichen 3 einen Anstellwinkel γ von ca. 5°-35° und einen Hinterschnittwinkel, α von ca. 10°-45° auf. Diese Schneidenausführung ist dem zu bearbeitenden Material angepaßt, im vorliegenden Fall zur Bearbeitung von Schaumstoffkörpern aus Hart- oder Weichschaum. Der Fräskopf wird dabei von dem nicht dargestellten Antrieb mit ca. 1500- ca. 8000 Umdrehungen /Min. gedreht, um die Ausformung in gewünschter Weise vornehmen zu können. Ein kleiner Zentrieransatz 5 in Teilschnittzeichnung gemäß Fig. 1 wird durch die zusammenlaufenden Schneidkanten 4 gebildet. Die Sägezähne 6 sind so eingearbeitet, daß sie in Drehrichtung die Spanabhebung bewirken. In den Ausführungsbeispielen wird von einer üblichen Rechtsdrehung ausgegangen, wie sie durch den Pfeil in Fig. 1 angegeben und üblicherweise bei Bohrmaschinen gegeben ist, die als Antrieb einsetzbar sind. Selbstverständlich kann die Anordnung umgekehrt sein, kann der Antrieb linksherum drehen. Die Länge des Schaftes ist variabel und bestimmt die Windungstiefe des Werkzeugs.

In Fig. 5 ist ein rotierendes Werkzeug dargestellt, das sich von dem in den Fig. 1 bis 4 lediglich dadurch unterscheidet, daß in Verlängerung zum Schaft ein Zentrierzapfen 7 vorstehend aus dem Ring 1 vorgesehen ist. Dieser Zentrierzapfen wird in eine Bohrung eingeführt oder aber er ist mit Schneiden ausgebildet und arbeitet sich beim Niederdrücken in das Material selbst ein. Bei weichen Werkstoffen, wie Schaumstoffen, ist keine Vorbohrung erforderlich. Die Zentrierspitze verdrängt das Material, das dann von den Schneiden zerspant wird.

In Fig. 6 ist ein zweiteiliges Werkzeug dargestellt. Dieses besteht aus einem Hohlschaft 8 an dem Speichen oder glockenförmig Verbindungselemente 10 zu einem Schneidring 1 verlaufend vorgesehen sind. Der Schneidring 1 ist an diesen Verbindungselementen 10 befestigt. Im Falle, daß das Verbindungselement 10 aus einem trichterförmigen Übergangsteil besteht, sind darin größere Durchbrüche bzw. Bohrungen vorgesehen, durch die die Späne hindurch in das Absaugrohr 9 eingesaugt werden können, mit welchem eine Absaugvorrichtung verbunden ist, die nicht dargestellt ist. Der Hohlschaft 8 umgibt den mittigen Schaft 2, der über einen gesonderten Antrieb antreibbar ist oder aber auch gekoppelt sein kann mit dem Hohlschaft 2, z. B. über eine Federkeilverbindung oder durch ein Getriebe über den Antrieb mit einer anderen Drehzahl angetrieben werden kann. Mit dem Schaft 2 ist zentrisch innerhalb des Ringes 1 die rotierende Messeranordnung 3, 4, vorgesehen, die synchron mit dem Schaft 2 dreht. In Verlängerung zum Schaft 2 ist weiterhin ein Zentrierzapfen vorgesehene wie er auch in Fig. 5 angegeben ist. Es ist ersichtlich, daß diese Ausführungsform variabel ist. So kann die Messeranordnung herausgenommen werden und der Ring 1 bei entsprechender längerer Ausführung als Ausstechring vorgesehen sein, um das Material in gewünschter Weise als Rundteil aus einem Werkstück ausstechen zu können. Darüber hinaus ist die Absaugung der Späne durch das Absaugrohr 9 vorgesehen, das im Bereich der Schneiden glockenförmig vergrößert ist und sich an diesen anschließt, um die Späne aufzunehmen.

Claims (26)

1. Drehantreibbares Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen mit einem Schaft zur Befestigung an einer Werkzeugspindel, mit spanabhebenden Zähnen (6) mindestens an der unteren Stirnseite eines konzentrisch zum Schaft (2) an dessen unterem Ende angebrachten Ringes (1) und mit zwischen dem Ring (1) und dem Schaft (2) mindestens eine ebenfalls rotierende, radial verlaufende Messeranordnung mit Schneiden (3, 4), die den gesamten Radius bis zur Innenseite des Ringes (1) überspannt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) ein zylinderförmiger Ring (1) mit axialer Erstreckung (h) ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) einen runden (drahtförmigen) Querschnitt und an der unteren Halbrundung mindestens nach unten gerichtete Zähne aufweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) an der unteren Stirnseite und äußeren Mantelfläche Zähne (6) aufweist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne gehauene Raspelzähne und/oder eingearbeitete Sägezähne mit in Drehrichtung vorstehenden Schneidkanten bzw. Schneidspitzen sind.

6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) über ein glocken- oder haubenförmiges Verbindungselement (10) mit einem Hohlschaft (8) verbunden ist, in dem konzentrisch der Schaft (2) der Messeranordnung (3, 4) rotierend gelagert ist, und daß beide Schäfte (2, 8) über gesonderte oder über einen gekoppelten Antrieb mit gleicher oder voneinander abweichender Drehgeschwindigkeit rotieren (Fig. 6).

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schaft (2) gegenüber dem Hohlschaft (8) längsverschieblich angeordnet ist.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) über einen scheibenförmigen Messerträger mit dem Schaft (2) verbunden ist, an dessen Unterseite mindestens eine radiale Messeranordnung vorgesehen ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem scheibenförmigen Verbindungselement oder dem glocken- oder haubenförmigen Verbindungselement (10) Radialschlitze oder größere Bohrungen eingebracht sind, durch die die durch das Schneiden abgetragene Späne austreten.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (3, 10) Speichen einer sternförmigen Ausbildung sind und den Ring (1) an den gemeinsamen Schaft (2) binden.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (3) zugleich als Schneiden (4) ausgebildet sind.

12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine sternförmige Anordnung der Verbindungselemente (3, 10) aus drei Speichen vorgesehen ist, die um jeweils 120° versetzt sind.

13. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (4) auf Höhe der unteren Zähne (6) enden.

14. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (8) ein Hohlschaft ist und von einem feststehenden Absaugrohr umgeben ist, das im Bereich des Schneidfräskopfes des Werkzeuges endet und im Bereich der Messeranordnung einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Ring (1), und daß an diesem eine Absaugvorrichtung angeschlossen ist.

15. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (4) Spanbrechernuten aufweisen.

16. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) der Messeranordnung (3, 4) einen mittig zur Längsachse in Verlängerung oder innerhalb des Ringes (1) endenden Zentrieransatz (7) mit Zentrierspitze aufweist.

17. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrieransatz austauschbar an der Stirnseite des Schaftes (2) bzw. der Verbindungselemente angebracht ist.

18. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel γ von ca. 5° bis ca. 35° und der Freiwinkel α von ca. 10° bis ca. 45° beträgt.

19. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeranordnung (3, 4) mit ihrem Schaft (2) entfernbar ist.

20. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1, 6, 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) an den Verbindungselementen (3) und/oder den Schneiden (4) an dem vorderen Schaftende unlösbar befestigt ist.

21. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente eine Nabe mit Gewindebohrung oder einem Gewindezapfen aufweisen, die bzw. der mit an dem Schaftende vorgesehenen Schraubgegenstücken verbindbar ist.

22. Werkzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneide (4) etwas länger ist als die übrigen Schneiden (4) und der gemeinsame Verbindungspunkt geringfügig außermittig vorgesehen ist.

23. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente an dem Schaft angelötet sind.

24. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23 gekennzeichnet durch die Verwendung zur Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium.

25. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Bearbeitung von Werkstücken aus Hart- und Weichschaum.

26. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennz­ eichnet durch die Verwendung für die Bearbeitung von Werkstücken aus Holzwerkstoffen und/oder Kunststoff.