DE19653317C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten und Glätten von Oberflächen an Werkstücken aus Holz oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung der in den Gattungsbegriffen der Patentansprüche 1 und 3 näher bezeichneten Art.

Insbesondere bei Möbelteilen und bei Werkstücken für den Innenausbau, die aus Holz oder holzartigen Werkstoffen be­ stehen, spielt die Oberflächenqualität eine erhebliche Rol­ le. Dies gilt vor allem für solche Werkstücke, bei denen die betreffenden Oberflächen unmittelbar, also ohne eine Zwischenbeschichtung, lackiert werden sollen. Für hochwer­ tige Möbelteile im Sichtbereich, wie frontseitige Türen, Klappen, Schubkastenfronten und dergleichen, die mit einer Lackierung versehen werden, verwendet man vornehmlich MDF- Platten, die durch den Herstellungsprozeß an ihren Obersei­ ten so glatt und verdichtet sind, daß hierauf unmittelbar eine Lackierung aufgetragen werden kann. Man stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn in solche Platten pro­ filierte Ziernuten oder randliche Zierprofile eingefräst werden, weil durch die spannehmende Bearbeitung Oberflä­ chenfehler bedingt sind, die unterschiedliche Ursachen ha­ ben. Zum einen kann es sich um werkzeugbedingte Rattermar­ ken handeln und zum anderen ist das Gefüge einer MDF-Platte im Innern weniger verdichtet, weswegen auch hierdurch Rau­ higkeiten an den Schnittflächen auftreten.

Es ist bekannt, die spannehmend bearbeiteten Oberflächen solcher Werkstücke mit feinkörnigen Schleifmitteln zu bear­ beiten, um eine für die Lackierung akzeptable Oberflächen­ güte zu erzielen. Hierfür sind besondere Schleifmaschinen oder Geräte erforderlich, die mit einer aufwendigen Absaug­ technik versehen werden müssen, um umweltschädliche Emis­ sionen zu vermeiden.

Man hat deshalb auch schon staubfreie Feinbearbeitungsver­ fahren entwickelt, die sich bislang in der holzbearbeiten­ den Industrie jedoch nicht durchsetzen konnten. Bei Verfah­ ren und Vorrichtungen der gattungsbildenden Art übt man mittels dem auf den angeschnittenen Werkstückoberflächen entlanggeführten Werkzeug Druck und Wärme auf den Werkstoff im Schnittflächenbereich aus, womit eine Gefügeverdichtung bei gleichzeitiger Verminderung der Rauhigkeit erfolgt. Man geht davon aus, daß die bei der spannehmenden Bearbeitung sich aufrichtenden Fasern des holzartigen Materials im Schnittflächenbereich dauerhaft verklebt werden, dadurch wird zugleich in erwünschter Weise die Saugfähigkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche vermindert, was für eine nachfolgende Lackierung vorteilhaft ist. Für einen derarti­ gen Verdichtungs- und Glättprozeß benutzt man ein schnei­ denloses, rotierendes Werkzeug, welches gegebenenfalls noch beheizbar ist. Es handelt sich um ein Formwerkzeug, welches die gleiche Umrißkontur wie diejenige des zuvor eingesetz­ ten, spannehmenden Fräsers hat, womit profilierte Oberflä­ chenkonturen genau nachgefahren werden können. Dies ge­ schieht in der gleichen, meist NC-gesteuerten Bearbeitungs­ maschine, womit für die Nachbearbeitung das gleiche Pro­ gramm verwendet werden kann, was auch für den Fräsvorgang benötigt wird. Allerdings fährt man hier mit erheblich re­ duzierten Drehzahlen des rotierenden Glättwerkzeugs in der Größenordnung von 200 min^-1, wobei durch eine entsprechende Zustellung ein starker Druck auf die abzufahrende Werk­ stückschnittfläche ausgeübt wird, der im kN-Bereich liegt. Damit müssen für die Nachbearbeitung von der betreffenden Maschine Prozeßkräfte übernommen werden, die erheblich über denen der Zerspanungskräfte liegen. Grundsätzlich sind her­ kömmliche Holzbearbeitungsmaschinen für solch hohe Bela­ stungen nicht ausgelegt. Außerdem lassen sich unter den ge­ nannten Bedingungen mit dem rotierenden Glättewerkzeug nur geringe Vorschubgeschwindigkeiten realisieren, selbst unter optimalen Bedingungen werden hiermit maximal 3 m/min er­ reicht.

Im übrigen ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 43 261 A1 bekannt, zum Glätten von auf eine Unterlage aufgebrachten flüssigen oder teigigen Schichten Ultraschall zu verwenden, indem mindestens ein Ultraschallschwinger auf die zu glättende Schicht direkt oder über eine Koppel­ schicht indirekt einwirkt. Hierbei geht es um ein hochfre­ quentes Einrütteln der mehr oder weniger viskosen Schicht, bei der sich aufgrund der Schwerkraft unter Überwindung der inneren Reibung die Oberfläche auf eine Horizontalebene einstellt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei denen der Verdichtungs- und Glättungseffekt mit gerin­ geren mechanischen Kräften und höheren Vorschubgeschwindig­ keiten erlangt werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei einer Vorrich­ tung durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß für die Beaufschla­ gung der Werkstückschnittflächen ein "feststehend" verfahr­ bares Werkzeug zum Einsatz kommt, dessen Schwingen bei Be­ rührung mit der Werkstückoberflächen zu Friktionen führt, die eine genügende lokale Aufheizung der Kontaktfläche be­ wirken. Damit kann sowohl auf eine Rotation des Werkzeugs als auch auf dessen Beheizung verzichtet werden. Vorzugs­ weise liegt die das Werkzeug beaufschlagende Schwingung im Ultraschallbereich und hat damit eine Frequenz, die größer als 20 KHz ist. Mittels eines geeigneten Ultraschallprozes­ sors kann eine optimale Anpassung der Schwingungsamplitude an den jeweiligen Einsatzfall vorgenommen werden, um den gewünschten Verdichtungs- und Glättgrad an der betreffenden Werkstoffoberfläche zu erzielen. Ohnehin liegen bei solch hochfrequenten Schwingungen die Amplituden im mikroskopi­ schen Bereich, trotzdem können erhebliche Leistungen mit einem hohen Wirkungsgrad übertragen werden, die sich vom Wattbereich bis zum Kilowattbereich erstrecken. Damit sind Glätt- und Verdichtungswerte mit einem geringen maschinel­ len Kraftaufwand erreichbar, wie sie sonst nur unter Auf­ wendung weit höherer Drücke mit rotierenden oder beheizten Glättewerkzeugen im Wege des Reibglättens erzielbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vor­ richtung zum Ultraschallglätten und -verdichten.

Im einzelnen erkennt man in der Zeichnung ein plattenförmi­ ges Werkstück 1, welches vornehmlich aus einem MDF-Material besteht. Wie es bei Möbelfrontteilen oft verlangt wird, ist parallel dem Werkstückrand mit Abstand davon eine profi­ lierte Nut 2 in die später als Sichtseite dienende Obersei­ te des Werkstücks 1 eingefräst, deren Flanken und Grund ge­ genüber der unbearbeiteten Oberseite des Werkstücks 1 eine gewisse Welligkeit und Rauhigkeit aufweist.

Diese Unregelmäßigkeiten an den Schnittflächen der profi­ lierten Nut 2 des Werkstücks 1 werden mittels einer So­ notrode 3 geglättet, die über einen Kopplungsstab 4 mit ei­ nem Ultraschallgenerator 5 verbunden ist. Zumindest im Querschnitt gesehen, hat die Sonotrode 3 eine Umrißform, die der Querschnittsgestalt der profilierten Nut 2 des Werkstücks 1 entspricht. Zweckmäßig hat die Sonotrode 3 zu­ mindest im Eingriffsbereich die Gestalt eines Rotationskör­ pers, damit von der Sonotrode 3 auch Kurven nachgefahren oder Ecken im Verlauf der Nut 2 umfahren werden kön­ nen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verdichten und Glätten von spannehmend bearbeiteten Oberflächen an Werkstücken aus mitteldich­ tem Fasermaterial (MDF-Material) als holzartigem Werk­ stoff mittels eines auf diesen spannehmend bearbeiteten Oberflächen entlanggeführten, spanlos arbeitenden Werk­ zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit einer hochfrequenten Schwingung mit kleiner Amplitude beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkzeug beaufschlagende Schwingung eine Frequenz größer 20 KHz hat.

3. Vorrichtung zum Verdichten und Glätten von spannehmend bearbeiteten Oberflächen an Werkstücken aus mitteldich­ tem Faser-Material (MDF-Material) als holzartigem Werk­ stoff mit einem auf den spannehmend bearbeiteten Ober­ flächen entlanggeführten, spanlos arbeitenden Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine mit einem Ultraschallgenerator (5) verbundene Sonotrode (3) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (3) eine formschlüssig an die abzufah­ rende Kontur der Werkstückoberfläche, wie die Kontur ei­ ner profilierten Nut (2), angepaßte Umrißform hat.