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Die im folgenden offenbarte Erfindung betrifft eine Drehschneidevorrichtung in einer Vortriebsrichtung rotierend in ein Naturfaserwerkstück eintreibbar, welche Drehschneidevorrichtung zumindest einen entlang einer Schaftachse sich erstreckenden hohlen Schaft mit einem offenen ersten Schaftende und einen zweiten Schaftende, und einen mit dem zweiten Schaftende gekoppelten Antrieb umfasst, welcher Antrieb eine Rotation des Schaftes um die parallel zu der Vortriebsrichtung orientierten Schaftachse bewirkt, wobei der Schaft eine an dem ersten Schaftende angeordnete gerade Schneidkante umfasst.
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Das Naturfaserwerkstück kann beispielsweise eine aus langen Fasern und einem Bindemittel hergestellte Dämmplatte sein. Das Naturfaserwerkstück kann auch ohne Zugabe von Bindemitteln beispielsweise durch Vernadeln verfestigt werden. Nach dem Stand der Technik werden z. B. Hanffasern für die Herstellung von Dämmplatten verwendet. Es können auch Flachs-Kokos-Sisal- oder ähnliche Fasern bei der Herstellung von Naturfaserplatten verwendet werden. Die Fasern sind im Naturfaserwerkstück im wesentlichen parallel zueinander, in Ebenen schichtweise angeordnet.
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Die hier offenbarte Erfindung betrifft das Herstellen von Löchern in Naturfaserplatten. Die im folgenden offenbarte Drehschneidevorrichtung kann auch zur Herstellung von Löchern in Faserplatten eingesetzt werden, welche zu einem Teil aus künstlich hergestellten Fasern bestehen.
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Das Herstellen von Löchern in Naturfaserplatten mittels rechtwinklig zur Faserebene eingetriebenen Spiralbohrer nach dem Stand der Technik ist ein aufwendiger Vorgang. Der Bohrer ist zumeist nach jedem Bohrvorgang von den am Bohrer haftenden Fasern des Naturfaserwerkstückes zu reinigen.
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Mittels Spiralbohrer nach dem Stand der Technik werden Löcher in einem Werkstück in einem spanabhebenden Verfahren hergestellt, wobei das Bohrmaterial über die spiralförmige Nut im Spiralbohrer zu einem Teil aus dem Bohrloch gefördert wird. Im Falle der Herstellung eines Loches in einem Naturfaserwerkstück hat das spanabhebende Verfahren zur Folge, dass eine Faser zumeist ohne Zerschneidung dieser aus dem Faserverbund gelöst wird. Eine Förderung der Faser in der spiralförmigen Nut des Spiralbohrer ist zumeist nicht möglich, da die Faser sich an der Schneidkante oder einer Kante der spiralförmigen Nut verhängt. Bei Erwärmung des Bohrers kommt es zu einem Schmelzen des an der Faser haftenden Bindemittels, wodurch ein Anhaften der Faser am rotierenden Bohrer hervorgerufen wird.
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Alternativ zum Einsatz von Spiralbohrern können auch Stanzelemente zum Einsatz kommen, welche stoßartig in die Naturfaserplatte eingebracht werden. Es kommt beim Einbringen der Stanzelemente zu starken Verformungen der Naturfaserplatte, wodurch keine exakte Schnittführung möglich ist.
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Die hier offenbarte Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Herstellung von Löchern in Naturfaserwerkstücken bereitzustellen, welche das Herstellen von Löchern ohne die oftmalige Reinigung der Vorrichtung erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die innere Schaftoberfläche und die äußere Schaftoberfläche des Mantels des Schaftes in Richtung in tangentialer Richtung glatt verlaufend sind, sodass eine zwischen einer losgelösten Faser des Naturfaserwerkstückes und der inneren Schaftoberfläche und/oder äußeren Schaftoberfläche wirkende erste Reibungskraft geringer ist als eine zwischen der losgelösten Faser und dem Naturfaserwerkstück wirkenden zweiten Reibungskraft, wobei zumindest die Schneidkante aus einem gehärtetem Metall hergestellt ist.
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Die Bewegung der Drehschneidevorrichtung kann eine um eine Achse kontinuierlich oder oszillierend rotierende Bewegung sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nicht nach einem spanabhebenden Verfahren. Es werden die Fasern durch das Eintreiben der Vorrichtung mittels einer Schneidkante unter Herstellung eines Kerns durchtrennt. Die Durchtrennung der Fasern bewirkt, dass weder der ausgeschnittene Kern noch losgelöste Fasern relativ zu dem Faserwerkstück bewegt werden.
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Die Schneidkante als ein Teil der inneren Schaftoberfläche und äußeren Schaftoberfläche ist wie diese Oberflächen als eine glatte Oberfläche ausgebildet. Die Schneidkante weist keine Vorsprünge wie Sägezähne oder Vertiefungen auf, welche sich in Form eines Ringsegmentes über einen Teilbereich des Umfanges des Schaftes erstrecken.
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Der Schaft wird rotierend in das Naturfaserwerkstück eingetrieben. Der Schaft der Drehschneidevorrichtung ist so ausgebildet, dass die zwischen einer losgelösten Faser und dem Naturfaserwerkstück aktivierte Reibungskraft betragsmäßig größer ist als die zwischen dem rotierenden Schaft und einer losgelöste Faser aktivierte Reibungskraft. Eine losgelöste Faser wird somit nicht relativ zu der Naturfaserplatte bewegt.
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Eine sich über ein Ringsegment erstreckende Erhebung oder Vertiefung würde eine Oberfläche bedingen, welche in einem beliebigen Winkel und somit nicht parallel zu einem Vektor der Rotationsbewegung des Schaftes orientiert ist. An einer solchen Oberfläche könnten Fasern während des Eintreibens des Schaftes in das Naturfaserwerkstück hängen oder haften bleiben.
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Die Oberfläche des Schaftes der erfindungsgemäßen Drehschneidevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest die mit der Naturfaserplatte in Kontakt stehenden Teiloberflächen der inneren Schaftoberfläche und der äußeren Schaftoberfläche im wesentlichen parallel zu einem die Rotationsbewegung der Teiloberfläche des Schaftes beschreibenden Vektor angeordnet sind.
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Der Schaft, insbesondere die Schneidekante kann folglich die Form eines Zylinders beziehungsweise eines Kegels aufweisen. Die Ausbildung der Schneidekante in Form eines Wellenschliffes ist ebenfalls möglich, wobei angenommen wird, dass der Schaft nur mit den Spitzen des Wellenschliffes die Naturfaserdämmplatte kontaktiert.
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Der durch Verbundmittel hergestellte Verbund zwischen den Fasern eines Naturfaserwerkstückes ist deutlich geringer belastbar als die einzelnen Fasern. Für den Laien ist diese charakteristische Eigenschaft dadurch erkennbar, dass ein Bruch eines Naturfaserwerkstückes stets zwischen den Fasern auftritt.
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Die sich geradlinig erstreckende Schneidkante der erfindungsgemäßen Drehschneidvorrichtung ist im wesentlichen rechtwinklig zu der Schaftachse angeordnet. Während des Eintreibens der Drehschneidvorrichtung werden die Fasern durchschnitten, bevor diese aus dem Naturfaserwerkstück gelöst werden.
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Die erfindungsgemäße Drehschneidevorrichtung kann an der inneren Schaftoberfläche und/oder an der äußeren Schaftoberfläche scharfkantige Rillen oder scharfkantige Vorsprünge aufweisen. Die Rillen oder Vorsprünge sind ringförmig, sich über den gesamten Umfang des Schaftes erstreckend im wesentlichen in einem Winkel von 90° zu der Schaftachse angeordnet sind.
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Die hier offenbarte Erfindung schließt nicht aus, dass Rillen oder Vorsprünge mit das Naturfaserwerkstück kontaktierenden Teilbereichen und mit in diesen Teilbereichen parallel zum Bewegungsvektor orientierten Oberflächentangenten in einem beliebigen Winkel zu der Achse des Schaftes orientiert sind. Beispielsweise können diese Rillen oder Vorsprünge sich über die Länge des Schaftes spiralförmig ausgebildet sein.
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Rillen und Vorsprünge gemäß obiger Beschreibung bedingen, dass der rotierende Schaft nicht an seiner gesamten Schaftoberfläche das Naturfaserwerkstück kontaktiert und somit eine Reduzierung der Erwärmung des Schaftes und des Naturfaserwerkstückes erwirkt wird. Unabhängig von der geometrischen Form des Schaftes kann eine Erwärmung des Naturfaserwerkstückes ein zumindest teilweises Schmelzen des im Naturfaserwerkstück enthaltenen Bindemittels bewirken.
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Die oben angeführte Ausführung der Schaftoberflächen als glatte Oberflächen wirkt sich ebenfalls vorteilhaft in Bezugnahme auf eine Erwärmung des Schaftes und des Naturfaserwerkstückes aus. Die stattfindende Reibung zwischen rotierendem Schaft und dem Naturfaserwerkstück wird minimiert.
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Das Schmelzen des Bindemittels könnte ein Haften der Fasern am Schaft mit sich ziehen.
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Der Schaft der erfindungsgemäßen Drehschneidevorrichtung kann aus Metall hergestellt sein, wobei eine Herstellung der Schneidkante aus einem gehärtetem Metall allgemein als vorteilhaft erachtet wird.
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Es ist auch denkbar, zumindest die Schaftoberflächen aus einem Material herzustellen, welches sich durch einen geringen Reibungskoeffizienten bei berührender Relativbewegung mit einem Naturfaserwerkstück auszeichnet. Es kann beispielsweise die Schaftoberfläche aus Teflon hergestellt oder mit einem Schmiermittel versehen sein, um so eine Minimierung der stattfindenden Reibung zwischen dem rotierenden Schaft und dem Naturfaserwerkstück zu erzielen.
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Die erfindungsgemäße Drehschneidevorrichtung kann einen ersten Schaft und einen zweiten Schaft umfasst, wobei der erste Schaft einen kleineren Durchmesser als der zweite Schaft aufweist. Die erste Schaftachse des ersten Schaftes und die zweite Schaftachse des zweiten Schaftes können ident sein. Der erste Schaft kann eine erste Schaftlänge und der zweite Schaft eine zweite Schaftlänge aufweist, welche zweite Schaftlänge zu der erste Schaftlänge unterschiedlich ist.
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Der Schaft kann eine Öffnung im Mantel des Schaftes umfassen, durch welche Öffnung nach Passieren des Schaftinneren ein Kern des Naturfaserwerkstückes entnehmbar ist.
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Beim Eintreiben des Schaftes in das Naturfaserwerkstück wird im Schaftinneren ein Kern ausgebildet. Nach Fertigstellung des Loches und vor dem Entfernen des Schaftes aus dem Loch kann der im Schaftinneren befindliche Kern entnommen werden.
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Die Drehschneidevorrichtung kann eine im Schaftinneren angeordnete Gleitfläche umfassen, durch welche Gleitfläche ein relativ zum Schaft bewegter Kern durch die Öffnung austreibbar ist.
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Die Gleitfläche ist in einem spitzen Winkel zu der Schaftachse angeordnet und erstreckt sich zwischen der Öffnung und der gegenüberliegenden Schaftoberfläche.
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Alternativ zu einer Entnahme des Kernes durch eine Öffnung im Mantel des Schaftes kann das zweite Schaftende als ein offenes Ende ausgebildet sein.
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Der Kern kann während des Eintreibens des Schaftes durch das offene zweite Schaftende aus dem Schaftinneren austreten. Vorzugsweise ist der Antrieb mit dem zweiten Schaftende so gekoppelt, dass ein Austreten des Kernes aus dem Schaftinnern nicht durch diesen behindert wird.
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In den Figuren werden die folgenden Elemente mit nachstehenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschneidevorrichtung
- 2
- Vortriebsrichtung
- 3
- Naturfaserwerkstück
- 4
- Antrieb
- 5
- Schaftachse (erste)
- 6
- Schaft (erster)
- 7
- erstes Schaftende
- 8
- zweites Schaftende
- 9
- Schneidkante
- 10
- innere Schaftoberfläche
- 11
- äußere Schaftoberfläche
- 12
- zweiter Schaft
- 13
- zweite Schaftachse
- 14
- Gleitfläche
- 15
- Öffnung
- 16
- Loch
- 17
- Schaftinneres
- 18
- Kern
- 19
- Fasern
- 20
- Spiralbohrer
- 21
- Oberflächentangente
- 22
- Bewegungsvektor
- 23
- Punkt
- 24
- Segment
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1 veranschaulicht das Verhängen einer Faser bei Herstellung eines Loches in einem Naturfaserwerkstück mittels Spiralbohrer nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehschneidvorrichtung.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehschneidvorrichtung.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Schneidkante.
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5 zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsform der Schneidkante als Wellenschliff.
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1 veranschaulicht das Verhängen einer Faser 19 bei Herstellung eines Loches 16 in einem Naturfaserwerkstück 3 mittels Spiralbohrer 20 nach dem Stand der Technik. Der Spiralbohrer 20 umfasst an seiner Manteloberfläche eine spiralförmig angeordnete Schneidkante 9.
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Zur Herstellung des Loches 16 wird der rotierende Spiralbohrer 20 in eine Vortriebsrichtung 2 in den Naturfaserwerkstück 3 eingebracht. Die Schneidkante 9 am ersten Spiralbohrerende 22 ist in einem spitzen Winkel zu dem Rotationsvektor 21 angeordnet. Durch die rotativ bewegte Schneidkante 9 wird die Faser 19 aus dem Naturfaserwerkstück 3 gelöst. Die Neigung der Schneidkante 9 beziehungsweise der Schneidfläche zu dem Rotationsvektor 21 erlaubt ein Verhängen der gelösten Faser 19. Ein Durchtrennen der am Spiralbohrer 20 verhängten Faser 19 erfolgt nicht, da die gelöste Faser 19 nicht durch das Naturfaserwerkstück 2 zurückgehalten wird.
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2 zeigt ein Schnittbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehschneidvorrichtung 1, welche um die Schaftachse 5 rotierend in das Naturfaserwerkstück 3 in eine Vortriebsrichtung 2 eingebracht wird.
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Die erfindungsgemäße Drehschneidvorrichtung 1 umfasst einen sich entlang einer Schaftachse 5 erstreckenden, hohlen Schaft 6 mit einem ersten Schaftende 7 und einem zweiten Schaftende 8. Das erste Schaftende 7 ist offen und weist spitz zu einer Schneidkante 9 zulaufende Oberflächen auf. Die sich geradlinig erstreckende Schneidkante 9 ist im rechten Winkel zu der Schaftachse 5 angeordnet.
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Der eine Welle umfassende Antrieb 4 (in 2 nicht dargestellt) ist am zweiten Schaftende 8 mit dem Schaft 6 gekoppelt. Durch den Antrieb 4 ist eine Rotation des Schaftes, insbesondere der Schneidkante 9 relativ zum Naturfaserwerkstück 3 bewirkbar.
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Die innere Schaftoberfläche 10 und die äußere Schaftoberfläche 11 des Mantels des Schaftes 6 sind als glatte Oberflächen ausgebildet, sodass sich keine aus dem Faserwerkstück 2 gelöste Faser 19 an der inneren Oberfläche 10 oder an der äußeren Oberfläche verhängen kann.
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Der Schaft 6 umfasst eine Öffnung 15 im Mantel des Schaftes 6, durch welche Öffnung 15 nach Passieren des Schaftinneren 17 ein aus dem Naturfaserwerkstück durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geschnittener Kern 18 des Naturfaserwerkstück 3 austreibbar ist. Durch die Gleitfläche 14, welche sich von der Öffnung 15 zu der gegenüberliegenden inneren Schaftoberfläche 11 erstreckt und zur Schaftachse 5 in einem spitzen Winkel angeordnet ist, wird der Kern 18 zu der Öffnung 15 geführt. Durch die Anordnung von Öffnung 15 und Gleitfläche 14 ist das Herstellen von Löchern 16 mit einer Tiefe unabhängig von der Länge des Schaftes 6 möglich.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehschneidevorrichtung 1, welche ähnlich zu der in 1 dargestellten Vorrichtung aufgebaut ist, jedoch zusätzlich zum ersten Schaft 6 einen zweiten Schaft 12 umfasst. Die erste Schaftachse 5 des ersten Schaftes 6 und die zweite Schaftachse 13 des zweiten Schaftes 12 sind ident angeordnet.
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Zur Herstellung eines ersten Loches mit einem ersten Durchmesser und eines zweiten weniger tiefen Loches mit einem größeren zweiten Durchmesser weisen die Schäfte 6, 12 unterschiedliche Längen auf.
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4 zeigt eine mögliche Form der Schneidkante 9 der erfindungsgemäßen Drehschneidvorrichtung 1. 4 ist ein Schnittbild mit einer in Bereich der Schneidkante 9, rechtwinkelig zu der Schaftachse 5 verlaufenden Schnittebene. Wie oben beschrieben wird die Schneidkante 9 als ein Teil des Schaftes 6 um die Schaftachse 5 rotierend bewegt. Der Schaft 6 und die Schneidkante 9 kontaktieren mit der inneren Schaftoberfläche 10 den Bohrkern 18 (in 4 durch einen strichlierten Kreis dargestellt) und mit der äußeren Schaftoberfläche 11 das Naturfaserwerkstück 3 (in 4 durch einen strichlierten Kreis dargestellt).
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Die Oberflächentangente 21 an einem Punkt 23 der äußeren Schaftoberfläche 11 ist parallel orientiert zu dem Bewegungsvektor 22 des Punktes 23.
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5 zeigt eine weitere mögliche Form der Schneidkante 9, welche einen Wellenschliff aufweist. In 5 ist nur ein Segment 24 der Schneidkante 9 in 5 wellenförmig ausgebildet ist.
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Der Schaft 6 und die Schneidkante 9 kontaktieren mit den Spitzen 25 des Wellenschliffes als ein Teil der äußeren Schaftoberfläche 11 das Naturfaserwerkstück 3 (in 5 als ein strichliertes Kreissegment dargestellt). In einem Punkt 23, welcher auf einer Spitze 25 des Wellenschliffes liegt, weist eine Oberflächentangente 21 auf, welche parallel zu dem Bewegungsvektor 22 des Punktes 23 orientiert ist.
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Der Schaft 6 und die Schneidkante 9 kontaktieren gleichsam mit den Spitzen 25 des Wellenschliffes als ein Teil der inneren Schaftoberfläche 10 den Bohrkern 18 (in 5 als ein strichliertes Kreissegment dargestellt). in einem Punkt 23, welcher auf einer Spitze 25 des Wellenschliffes der inneren Schaftoberfläche 10 liegt, weist eine Oberflächentangente 21 auf, welche parallel zu dem Bewegungsvektor 22 des Punktes 23 orientiert ist.
