DE202016102635U1

DE202016102635U1 - Schaftfräser

Info

Publication number: DE202016102635U1
Application number: DE202016102635.0U
Authority: DE
Original assignee: Heike Trautvetter
Current assignee: TRAUTVETTER, HEIKE, DE; TRAUTVETTER, KOLJA, DE
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2026-05-19

Abstract

Schaftfräser (1) mit einem Kern (10), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spanraumtiefe wenigstens einer Umfangsscheide von einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) verändert und/oder dass wenigstens zwei Umfangsschneiden unterschiedliche Spanraumtiefen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaftfräser nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs.
Der Schaftfräser soll bevorzugt für die Hochleistungsbearbeitung von insbesondere Werkstücken aus metallischem Werkstoff, Keramikmaterial, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen (wie beispielsweise Faserverbundmaterial) usw. Anwendung finden.
Bekannte Schaftfräser bestehen meist aus einem Basismaterial aus Schnellarbeitsstahl (High Speed Steel – abgeleitete HSS), Hartmetall, Cermet (zusammengesetzt aus engl. ceramic und metal = Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix (Bindemittel)), Keramikstoffen und weiteren meist hochfesten Werkstoffen oder Materialkombinationen.
Herkömmliche Schaftfräser weisen Schneiden in Form von Umfangsschneiden und Stirnschneiden auf. Die Schneiden können dabei im radialen Schnitt ungleiche Zahnteilungen zueinander und unterschiedliche Spiralwinkel aufweisen. Die Spanraumtiefen der Schneiden zueinander und im Verlauf der einzelnen Schneiden von der Stirn zum Schaft sind gleichmäßig und der Kern des Schaftfräsers weist eine gleichmäßig zylindrische Form auf. Hinter dem Freiwinkel der Umfangsschneide weist der Schaftfräser einen Einstich auf. Durch die ungleichen Zahnteilungen und die verschiedenen Spiralwinkel der Hauptschneiden entstehen unterschiedliche Zahnrückenbreiten. Um eine gleichmäßige Breite des Freiwinkels zu erreichen, wird im definierten Abstand zur Schneide ein Einstich geschliffen. Dies hat den Nachteil, dass die Kraftübertragung an die Schneide nicht optimal verläuft und die Stabilität der Schneide sich stark verringert bzw. der Schaftfräser schneller verschleißt. Der Schaftfräser weist bei jeder Schneide den gleichen Spanwinkel über die gesamte Spanraumlänge auf.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 214 964 A1 ist ein asymmetrischer Schaftfräser bekannt, dessen Schneidenabschnitt eine Vielzahl von ungleich indexierten Klingen aufweist, die durch Spannuten voneinander getrennt sind, wobei mindestens eine der Spannuten von ungleicher Länge ist und wobei der Fräser ein Ungleichgewicht aufweist. Dies kann insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen nachteilig sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schaftfräser zu entwickeln, mit dem das Zeitspanvolumen erhöht und die Standzeit / der Standweg signifikant gesteigert werden kann und welcher ein günstiges Verschleißverhalten aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Schutzanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Schaftfräser weist einen Kern auf, an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird und wobei sich erfindungsgemäß die Spanraumtiefe wenigstens einer Umfangsscheide von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers verändert und/oder wobei wenigstens zwei Umfangsschneiden unterschiedliche Spanraumtiefen aufweisen.
Überraschender Weise wurde festgestellt und durch Versuche nachgewiesen, dass durch diese neuartige konstruktive Gestaltung die Standzeit bzw. der Standweg des erfindungsgemäßen Schaftfräsers im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern um mehr als das doppelte gesteigert werden konnte. Dies bedeutet, dass auch das Zeitspanvolumen erheblich erhöht werden konnte. Bevorzugt wird dabei die Spanraumtiefe mehrerer oder aller Umfangsschneiden von der Stirnseite des Fräsers in Richtung zum Einspannbereich des Fräsers verändert.
Vorteilhafter Weise wird die Spanraumtiefe wenigstens einer der Umfangsschneiden ausgehend von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich hin verringert oder vergrößert. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Spanraumtiefe ausgehend von der Stirnseite des Schaftfräsers über einen Längenbereich des Schaftfräsers vergrößert und sich dann wieder verringert oder dass sich die Spanraumtiefe über einen Längenbereich verringert und sich dann wieder in Richtung zum Einspannbereich vergrößert. Dabei können die Umfangsschneiden in beliebiger Länge ausgeführt sein und die Umfangsschneiden auch untereinander unterschiedlichen Längen aufweisen.
Vorteilhafter Weise verläuft mindestens eine Stirnschneide bis zum radialen Zentrum des Schaftfräsers um eine spanende Bearbeitung über den gesamten Stirnseitenbereich und den Abtransport der Späne zu gewährleisten.
Gemäß einer Variante der Erfindung können einige oder alle Umfangsschneiden im radialen Schnitt eine ungleiche Zahnteilung zueinander aufweisen.
Weiterhin ist es möglich, dass wenigstens zwei oder alle Umfangsschneiden zueinander unterschiedliche Spiralwinkel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Variante ist die Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden unterschiedlich groß zu einer Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen wenigstens einer weiteren Umfangsschneide bzw. zur Spanraumgröße und/oder das Spanraumprofil zweier anderer benachbarter Umfangsschneiden.
Durch die unterschiedlichen Spanraumtiefen bzw. Spanraumprofile und damit die unterschiedlichen Spanraumgrößen weist der Kern des Schaftfräsers im Querschnitt zumindest bereichsweise von einer Kreisform ab und kann beispielsweise eine elliptische oder eine anderweitig unrunde Kernform aufweisen.
Die radial außenliegenden Schneidkanten der Umfangsschneiden liegen dabei auf einem gemeinsamen Außendurchmesser.
Der Kern kann sich spiralförmig in Abhängigkeit der Spiralwinkel der Umfangsschneiden zum Einspannbereich hin erstrecken.
Insgesamt verändert sich somit der Kern in seiner Querschnittsform in Abhängigkeit der axialen Lage. Weiterhin kann sich der Kern in seinem Querschnitt über die Länge der Umfangsscheiden verändern bzw. eine statische Form (gleichbleibend über die gesamte Länge der Umfangsschneiden) oder eine variable Form (sich verändernd entsprechend des Verlaufs und der Form der Umfangsscheiden und der sich daraus ergebenden Spanraumtiefen) aufweisen. Dabei können die Spanwinkel zumindest zweier Umfangsschneiden oder auch mehrerer oder aller Umfangsschneiden unterschiedlich zueinander sein. Der/die Spanwinkel der Umfangsschneiden können sich vom Stirnbereich des Schaftfräsers zum Einspannbereich auch verändern, beispielsweise in Richtung zum Einspannbereich größer oder kleiner werden. Die Form des Kerns wird maßgeblich somit durch die Spanraumtiefen der Umfangsschneiden und/oder die Spanraumprofile definiert.
Bevorzugt sind die Spanraumgrößen und der Spanraumverlauf und/oder die Zahnrückenkonturen wenigstens zweier Umfangsschneiden zueinander unterschiedlich und/oder in ihrer Größe über die Länge der Umfangsschneiden variabel ausgebildet.
Dabei ist die Spanraumtiefe wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich ausgeführt.
Weist ein Schaftfräser mehr als zwei Umfangsschneiden auf, ist zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden umfangsseitig jeweils ein Versatzwinkel vorhanden, wobei wenigstens eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe aufweist, die sich von den Spanraumtiefen der anderen Umfangsschneiden unterscheidet.
Weist ein Schaftfräser beispielsweise vier Umfangsschneiden auf, besitzt eine erste Umfangsschneide eine erste Spanraumtiefe, eine in einem ersten Versatzwinkel umfangsseitig dazu versetzt angeordnete zweite Umfangsschneide eine zweite Spanraumtiefe, eine in einem zweiten Versatzwinkel umfangsseitig zur zweiten Umfangsschneide versetzt angeordnete dritte Umfangsschneide eine dritte Spanraumtiefe und eine in einem dritten Versatzwinkel umfangsseitig zur dritten Umfangsschneide versetzt angeordnete vierte Umfangsschneide weist eine vierte Spanraumtiefe auf, wobei zwischen der vierten Umfangsschneide und der ersten Umfangsschneide ein vierter Versatzwinkel vorhanden ist.
Bei der Ansicht auf die Stirnseite werden die Umfangsscheiden dabei fortlaufend in Uhrzeigerrichtung gezählt. Die Spanraumtiefen der sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Umfangsschneiden sind bevorzugt gleich ausgebildet, d.h., bei vier Umfangsschneiden sind die Spanraumtiefen der ersten und der dritten Umfangsschneide und/oder die Spanraumtiefen der zweiten und der vierten Umfangsschneide jeweils paarweise gleich ausgeführt.
Die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide ist dabei im Stirnbereich des Schaftfräsers am größten und verringert sich in Richtung zum Einspannbereich auf eine kleinste Spanraumtiefe.
Die Spanraumtiefen der zweiten und der dritten Umfangsschneide sind im Stirnbereich des Schaftfräsers an kleinsten und vergrößern sich in Richtung zum Einspannbereich. Dabei entspricht die größte Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide am Stirnbereich der größten Spanraumtiefe der zweiten und vierten Umfangsschneide am Ende der Umfangsschneiden in Richtung Einspannbereich und die kleinste Spanraumtiefe der zweiten und vierten Umfangsschneide im Stirnbereich der kleinsten Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide am Ende der Umfangsschneiden in Richtung zum Einspannbereich.
In diesem Fall sind somit die erste und die dritte Umfangsschneide und/oder die zweite und vierte Umfangsschneide im Wesentlichen gleich ausgebildet.
Im gleichen Maß, wie sich vom Stirnbereich in Richtung zum Einspannbereich die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsscheide verringert, vergrößert sich die Spanraumtiefe der zweiten und vierten Umfangsschneide.
Der Außendurchmesser des Schaftfräsers ist dabei über die Länge der Schneiden konstant (zylindrisch) oder von der Spitze aus in Richtung zum Schaft bzw. Einspannbereich kegelförmig ausgebildet.
Bei einem zylindrischen Schaftfräser mit einem über die gesamte Länge der Schneiden gleichen Außendurchmesser weist der Kern in jedem über die Länge der Schneiden gelegten Querschnitt eine größte und eine kleinste Querschnittsbreite auf, die im Wesentlichen in ihren Abmessungen über die Länge der Schneiden gleich bleiben und sich lediglich spiralförmig entsprechend des Verlaufes der Umfangsschneiden drehen.
Bei einem kegelförmigen Schaftfräser vergrößert sich der Außendurchmesser von der Spitze aus in Richtung zum Schaft kegelförmig und der Kern kann sich ebenfalls in seinem Querschnitt von einem kleinsten Querschnitt im Bereich der Spitze auf einen größeren Querschnitt am Ende der Umfangsschneiden in Richtung zum Einspannbereich erhöhen.
Bevorzugt erstrecken sich alle Umfangsschneiden von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich in zueinander unterschiedlichen Spiralwinkeln.
Die Spiralwinkel benachbarter Umfangsschneiden können in Umfangsrichtung größer oder kleiner werden.
Weiterhin können sich die Schneidenabstände benachbarter oder gegenüberliegender Umfangsschneiden von der Stirnseite zum Einspannbereich vergrößern oder verringern.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils zwischen einem radialen Freiwinkel wenigstens einer Umfangsschneide und einem Zahnrücken dieser Umfangsschneide ein im Wesentlichen tangentialer Übergang ausgebildet.
Der vorliegende Schaftfräser kann als Basismaterial aus HSS, Hartmetall, Cermet, Keramikstoffen und alle anderen möglichen geeigneten Werkstoffen bestehen. Untersuchungen zwischen einem herkömmlichen Fräser und dem erfindungsgemäßen Fräser konnten nachweisen, dass der Standweg des erfindungsgemäßen Schaftfräsers im Vergleich zu einem herkömmlichen Schaftfräser mehr als verdoppelt werden konnte.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Seitenansicht eines Schaftfräsers mit zylindrischem Außendurchmesser und Stirnschneiden nach dem Stand der Technik,
2 stirnseitige Ansicht gem. 1,
3 Schnitt A-A gemäß 1,
4 vergrößerte stirnseitige Ansicht gem. 1,
5 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schaftfräsers mit zylindrischem Außendurchmesser und Stirnschneiden,
6 die Stirnseitige Ansicht gem. 5,
7 Schnitt B-B gem. 5,
8 die Prinzipskizze des Kerns mit den Umfangsschneiden an der Stirnseite und im Schaftbereich des Schaftfräsers
9 den Spanraumverlauf der Zähne 6 und 9 bzw. 7 und 8 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum Einspannbereich verringernden Abstand,
10 den Spanraumverlauf der Zähne 6 und 7 bzw. 8 und 9 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum Einspannbereich vergrößernden Abstand,
11 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit drei Umfangsschneiden,
12 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit sechs Umfangsschneiden,
13 ein Diagramm des Standweges eines herkömmlichen Fräsers mit 6 Umfangsschneiden und des erfindungsgemäßen mit Fräsers mit 4 Umfangsschneiden.
14 die Seitenansicht eines zylindrischen Schaftfräsers mit einem Radius in Richtung zur Stirnseite,
15 die Seitenansicht eines kegelförmigen Schaftfräsers,
16 den Querschnitt C-C gemäß 15
17 den Querschnitt D-D gemäß 15
Ein Schaftfräser 1‘ nach dem Stand der Technik ist in 1 in der Seitenansicht, in 2 aus Richtung der Stirnseite 1S‘ und in 3 im Schnitt A-A gemäß 1 dargestellt. Der Schaftfräser 1‘ weist hier vier Stirnschneiden 1.1‘, 1.2‘, 1.3‘, 1.4‘ auf (siehe 2) an die sich jeweils eine Umfangsschneide 1.1‘‘, 1.2‘‘, 1.3‘‘, 1.4‘‘ anschließt. An dem der Stirnseite 1S‘ gegenüberliegenden Ende ist ein Einspannbereich 1E ausgebildet, mit welchem der Schaftfräser 1‘ in ein Spannfutter einer Hauptspindel einer Fräsmaschine bzw. eines Fräsbearbeitungszentrums eingespannt wird. Nach diesem Stand der Technik sind hier vier Stirnschneiden 1.1‘ bis 1.4‘ und vier Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ vorgesehen. Alle 4 Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ winden sich in einem gleichen Spiralwinkel 1W‘ um den kreisförmigen Kern 10‘. Aus der 2 ist ersichtlich, dass die zwei sich gegenüberliegenden Stirnschneiden 1.1‘ und 1.3‘ bis in das Zentrum des Schaftfräsers reichen, wodurch gewährleistet ist, dass ein Spanabtrag über die gesamte Stirnseite 1S‘ erfolgt. Die Form der Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ ist gleich, was insbesondere aus 3 ersichtlich ist und woraus sich für alle Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ die gleiche Spanraumtiefe t‘ ergibt. Eine vergrößerte Darstellung des Schaftfräsers 1‘ nach dem Stand der Technik aus Richtung der Stirnseite 1S‘ wird in 4 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der Kern 10‘ einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser 10D‘ aufweist. Der Außendurchmesser 1D‘ des Schaftfräsers ist von der Stirnseite 1S bis zum Schaft im Wesentlichen gleich ausgebildet, wodurch sich eine im Wesentlichen zylindrische Form des Schaftfräsers 1 ergibt.
Weiterhin ist der Spanwinkel α’ beispielhaft an der Umfangsschneide 1.1‘‘ angetragen. Der Spanwinkel α’ ist bei allen Umfangsschneiden 1.1’’ bis 1.4‘‘ und über deren gesamte Schneidenlänge gleich. Die Stirnschneiden 1.1‘ bis 1.4‘ und die Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ weisen eine Ungleichteilung Tu‘ auf. Zwischen einem radialen Freiwinkel Wr’ jeder Umfangsschneide 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ (hier nur angetragen an der Umfangsschneide 1.3‘‘) und einem Zahnrücken dieser R1‘‘ bis R4‘‘ der Umfangsschneiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ ist ein Freistich S‘ vorhanden.
Die Kraftübertragung der Spankraft F‘ (fetter Pfeil) wird durch den Freistich hinter den Umfangsscheiden 1.1‘‘ bis 1.4‘‘ nicht optimal auf die nicht bezeichnete Schneidkante geleitet. Die Kraftübertragung erfolgt bedingt durch den Freistich in radialer Richtung deutlich unterhalb der Schneidkante auf die Spanfläche. Damit ist die Schneidkante bei der Spanbildung geschwächt, woraus ein Aufschwingen der Schneidkante beim Zerspanungsprozess resultiert, was die Verschleißfestigkeit des Schaftfräsers enorm verringert und die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt.
In den 5 bis 7 wird ein erfindungsgemäßer zylindrischer Schaftfräser 1 in 5 in der Seitenansicht, in 6 in der Ansicht aus Richtung der Stirnseite 1S und in 7 im Querschnitt B-B gemäß 5 dargestellt. An dem der Stirnseite 1S gegenüberliegenden Ende ist gemäß 5 ein Einspannbereich 1E ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Schaftfräser 1 weist an seiner Stirnseite 1S hier vier Stirnschneiden 2, 3, 4, 5 (s. 6) auf. An die vier Stirnschneiden 2 bis 5 schließen vier Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 mit Spanwinkeln Wα (nur an der ersten Umfangsschneide 6 angetragen) an. Aus Richtung der Stirnseite 1S werden die Stirnschneiden 2 bis 5 und die Umfangsschneiden 2 bis 9 in Uhrzeigerrichtung fortlaufend nummeriert. Die Umfangsschneiden 6 bis 9 können in beliebiger Länge ausgeführt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sie sich über eine Schneidenlänge LS, welche ca. die Hälfte der Gesamtlänge L des Schaftfräsers 1 beträgt (Siehe 5) und weisen einen Spiralwinkel 1W auf. Die an der Stirnseite 1S vorhandenen Stirnschneiden 2 bis 5, die aus 6 ersichtlich sind, sind für die axialen Bearbeitungen notwendig. Um dies zu gewährleisten, muss mindestens eine Stirnschneide bis zum radialen Zentrum des Schaftfräsers 1, d.h. bis zur Längsachse A, verlaufen. In dem dargestellten Beispiel (6) sind dies die sich gegenüberliegenden Stirnschneiden 2 und 4.
Die Stirnschneiden 3 und 5 und die Umfangsschneiden 7 und 9 weisen im radialen Schnitt eine ungleiche Zahnteilung Tu (6) zueinander auf.
Aus 6 ist ersichtlich, dass im Bereich der Stirnseite 1S die erste Umfangsschneide 6 eine erste Spanraumtiefe t6, die zweite Umfangsschneide 7 eine zweite Spanraumtiefe t7, die dritte Umfangsschneide 8 eine dritte Spanraumtiefe t8 und die vierte Umfangsschneide 9 eine vierte Spanraumtiefe t9 aufweist. Dabei sind t6 und t8 im Wesentlichen gleich und t7 und t9 ebenfalls im Wesentlichen gleich, wobei die Spanraumtiefen t6 und t8 größer sind als die Spanraumtiefen t7 und t9. In der dargestellten Variante sind die Spanraumtiefen t6 und t8 der sich gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6 und 8 im Bereich der Stirnseite 1S in etwa doppelt so tief wie die Spanraumtiefen t7 und t9. Durch die unterschiedlichen Spanraumtiefen der Umfangsschneiden 6 bis 9 ergibt sich eine elliptische Form des Kerns 10 des Schaftfräsers 1.
Die zweite Umfangsschneide 7 ist radial zur ersten Umfangsschneide 6 in einem ersten Versatzwinkel α1 angeordnet, zwischen der zweiten Umfangsschneide 7 und der dritten Umfangsschneide 8 ist ein zweiter Versatzwinkel α2 vorhanden, zwischen der dritten Umfangsschneide 8 und der vierten Umfangsschneide 9 ist ein dritter Versatzwinkel α3 vorhanden und zwischen der vierten Umfangsschneide 9 und der ersten Umfangsschneide 6 ein vierter Versatzwinkel α4. Dabei sind der erste und der dritte Versatzwinkel α1 und α3 kleiner als der zweite und der vierte Versatzwinkel α2 und α4, wodurch der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Umfangsschneide 6 und 7 und der dritten und der vierten Umfangsschneide kleiner ist als der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Umfangsschneide 7, 8 und der vierten und der ersten Umfangsschneide 9, 6.
Weiterhin sind die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K der Umfangsschneide 6 bis 9 unterschiedlich zueinander, wobei hier die Zahnrückenkonturen 6K und 8K der ersten Umfangsscheide 6 und der dritten Umfangsschneide 8 im Wesentlichen gleich sind und die Zahnrückenkonturen 7K und 9K der zweiten Umfangsscheide 7 und der vierten Umfangsschneide 9 ebenfalls im Wesentlichen gleich ausgeführt sind.
Die Spanraumtiefen t6 bis t8 und die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K können auch in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel anders und in ihrer Größe variabel gestaltet werden.
Der Kern 10 kann sich spiralisiert in Abhängigkeit des Spiralwinkels Ws zum Einspannbereich 1E hinbewegen, was auch aus den 6 und 7 hervorgeht.
Durch die Spanraumtiefen t1 bis t6 und die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K in Verbindung mit den Versatzwinkeln α1 bis α4 ergeben sich unterschiedliche Spanraumprofile P1 bis P4, die in den 6 und 7 unterschiedlich schraffiert angedeutet sind. Zwischen der ersten und zweiten Umfangsschneiden 6 und 7 ist das erste Spanraumprofil P2 (Punktschraffierung), zwischen der zweiten und der dritten Umfangsschneide das Spanraumprofil P2 (Strichschraffierung), zwischen der dritten und der vierten Umfangsschneide 8, 9 das Spanraumprofil P3 (Punktschraffierung), und zwischen der vierten und der ersten Umfangsschneide das Spanraumprofil P4 (Strichschraffierung) ausgebildet. Die Spanraumprofile P1 und P3 sind im Wesentlichen gleich und auch die Spanraumprofile P2 und P4 weisen im Wesentlichen die gleiche Form und Größe auf. Aus dem Vergleich von 6 und 7 ist ersichtlich, dass das in 6 im Querschnitt flächenmäßig im Vergleich zu P2 und P4 kleinere Spanraumprofil P1 und P3 durch die sich verändernden Spanraumtiefen im Bereich des Schnitts B-B, der in 7 dargestellt ist, nun größer sind, als die Spanraumprofile P2 und P4 und sich die Spanraumprofile P2 und P4 reduziert haben.
Im Vergleich zu der in 6 dargestellten Stirnseite 1S, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des Kerns 10 zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2 zwischen den hier kürzeren zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 mit den hier kleinen Spanraumtiefen t7 und t9 und die kleinste Breite b2 zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4 zwischen den hier langen ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 mit den Spanraumtiefen t6 und t8 erstreckt – ist aus dem Schnitt B-B in 7 ersichtlich, dass durch die sich über die Länge der Umfangsschneiden 6 bis 9 verändernden Spanraumtiefen der ersten bis vierten Umfangsschneiden 6 bis 9, die sich spiralförmig um den Kern 10 erstrecken, der elliptische Kern 10 nun eine andere Lage bzw. Orientierung – hier radial ca. um 90° versetzt im Vergleich zur Stirnseite – aufweist. Die dadurch im Bereich des Schnitts B-B dargestellte Ansicht verdeutlicht, dass die hier längeren zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 eine größere Spanraumtiefe t7‘ und t9‘ aufweisen und die hier kürzeren ersten und zweiten Umfangsschneiden 6 und 8 eine im Vergleich zu den Spanraumtiefen t6 und t8 an der Stirnseite (6) kleinere Spanraumtiefe t6‘ und t8‘ besitzen. Dadurch weist der Kern 10 im Bereich des Schnittes B-B gem. 7 eine Orientierung auf, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des Kerns 10 zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2 zwischen den hier nun kürzeren ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 mit den hier kleinen Spanraumtiefen t6‘ und t8‘ und die kleinste Breite b2 zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4 zwischen den hier nun längen zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 mit den hier größeren Spanraumtiefen t7‘ und t9‘ erstreckt.
Die Spanraumtiefen der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter verringern und die Spanraumtiefen der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter erhöhen. Die ersten und zweiten Zahnraumtiefen t6 und t8 der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 haben somit bevorzugt an der Stirnseite 1S eine definierte Größe, die sich zum Einspannbereich 1E hin verringert und die zweiten und vierten Zahnraumtiefen t7 und t9 der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (die zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 angeordnet sind) haben an der Stirnseite 1S eine definierte Größe, die sich zum Einspannbereich 1E hin vergrößert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die sich gegenüberliegende erste und dritte Umfangsschneiden 6 und 8 an der Stirnseite 1S im Wesentlichen die gleiche Spanraumtiefe t6 und t8 auf, die sich in Richtung zum Einspannbereich 1E auf die im Wesentlichen gleiche Spanraumtiefe t6‘ und t8‘ verringert. Dazu entgegengesetzt weisen die zweite und vierte Umfangsschneiden 7 und 9 an der Stirnseite 1S im Wesentlichen die gleiche (geringere) Spanraumtiefe t7 und t9 auf, die sich in Richtung zum Einspannbereich auf die im Wesentlichen gleiche Spanraumtiefe t7‘ und t9‘ erhöht.
Die erste und dritte Spanraumtiefe t6 und t8 der sich gegenüberliegenden ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 an der Stirnseite 1S entspricht dabei in etwa der Spanraumtiefe t7‘ und t9‘ der dazwischen liegenden dritten und vierten Schneiden 7 und 9 in Richtung zum Einspannbereich.
Der in 7 angetragene Außendurchmesser D des Schaftfräsers1 im Bereich der Umfangsschneiden 7 bis 9 ist dabei von der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E (hier nicht ersichtlich) gleich.
Die Prinzipskizze der Veränderung des Kerns 10 bei sich in der Spanraumtiefe aus Richtung der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E verändernden Umfangsscheiden 6 bis 9 eines Schaftfräsers 1 ist in 8 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich der elliptische Kern 10 aus Richtung der Stirnseite 1S im seiner Lage in Richtung zum Einspannbereich 1E dreht und dass sich die Größe der Umfangsschneiden 6 bis 9 durch die sich verändernden Spanraumtiefen (hier nicht angetragen) ebenfalls verändert. An der Stirnseite 1D sind die sich gegenüberliegende erste und die dritte Umfangsschneide 6 und 8 größer (tiefer) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9. In Richtung zum Einspannbereich 1E sind die sich gegenüberliegende erste und die dritte Umfangsschneide 6 und 8 kleiner (flacher) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9.
Es ist weiterhin möglich, dass sich der Abstand der Umfangsschneiden über die Länge der Umfangsschneiden verändert.
9 zeigt den Spanraumverlauf der Umfangsschneiden 6 und 9 bzw. 7 und 8 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum Einspannbereich 1E verringernden Abstand. Durch die unterschiedlichen Spiralwinkel wechseln die radialen Schneidenabstände der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 9 sowie der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 8 von der Stirn 1S zum Einspannbereich 1E des Schaftfräsers 1 asymmetrisch von groß a1 auf klein a2.
Damit werden die Spanraumtiefen im Schaftbereich der jeweiligen Umfangsschneiden zum Einspannbereich 1E hin konstruktiv verkleinert. Der Kernabstand der beiden gegenüber verlaufenden Spanräume im Schaftbereich vergrößert sich. Es entsteht ein sich konisch verlaufend vergrößernder Kernabstand (8).
10 zeigt den Spanraumverlauf der ersten und zweiten Umfangsschneide 6 und 7 bzw. der dritten und vierten Umfangsschneide 8 und 9 in der Seitenansicht, mit sich von der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E vergrößernden Abstand.
Durch die unterschiedlichen Spiralwinkel wechseln die radialen Schneidenabstände der Umfangsschneiden von der Stirnseite 1S zum Einspannbereich 1E asymmetrisch von klein a2 auf groß a1. Damit werden die Spanraumtiefen im Schaftbereich der jeweiligen Umfangsschneiden zum Einspannbereich 1E hin konstruktiv vergrößert. Der Kernabstand der beiden gegenüber verlaufenden Spanräume im Schaftbereich verkleinert sich.
Es entsteht ein sich konisch zum Schaft hin verjüngender Kernabstand.
Dies hat den Vorteil, dass die zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 in Richtung zum Einspannbereich 1E konstruktiv stabiler gestaltet werden können.
Die Übertragung der Spankraft bzw. des Drehmoments wird dadurch ebenfalls in einem für das Zerspanungsverhalten günstigeren Winkel auf die Umfangsschneide geleitet.
Dadurch entsteht ein variabler Kern, der jede mögliche bzw. beliebige Form annehmen kann, in Abhängigkeit der sich in Bezug auf die Länge der Umfangsschneiden verändernden Spanraumtiefe der Umfangsschneiden.
Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Kern auch eine statische Form annehmen, wenn die Spanraumtiefe über die Länge der Umfangsschneiden gleich bleibt.
Weiterhin kann die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide 6 und 8 und/oder die Spanraumtiefe der zweiten und vierten Umfangsschneide 7 und 9 auch untereinander komplett unterschiedlich sein. Dadurch entsteht ein elliptischer oder andersförmiger Kern. Dieser verändert sich in seiner Form zum Schaft hin und zwar in Abhängigkeit von der Spanraumtiefe der Umfangsschneiden.
Der Kern kann sich somit in seiner radialen Position in Abhängigkeit der axialen Lage verändern und dabei alle beliebigen geometrischen Formen annehmen. Der Kern wird dabei definiert durch die Spanraumtiefen und die zwischen den Umfangsschneiden ausgebildeten Spanraumprofile. Die Aufteilung / Aufgliederung sowie Form der unterschiedlichen Spanraumtiefen und Spanraumprofile der einzelnen Umfangsschneiden können je nach Anzahl der Umfangsschneiden auch jede beliebige Variante aufweisen.
Durch den größeren Abstand im Stirnbereich der Spanraumgröße zwischen der zweiten Umfangsschneide 7 zur dritten Umfangsschneide 8 sowie zwischen der vierten Umfangsschneide 9 und der ersten Umfangsschneide 6 ist der Spanraum und somit das Spanraumprofil P2 und P4 größer gestaltet als das Spanraumprofil P1 und P3 (siehe 6), da der Abtragbetrag (Spanvolumen) des zu zerspanenden Materials zwischen jeweils diesen beiden Zahnpaaren in Form der Umfangsschneiden 7 und 8 sowie 9 und 6 größer ist. Im Stirnbereich 1S ist zwischen der ersten Umfangsschneide 6 und der zweiten Umfangsschneide 7 sowie zwischen der dritten Umfangsschneide 8 und der vierten Umfangsschneide 9 der Abstand kleiner und der Abtragbetrag des zu zerspanenden Materials geringer. Somit kann der Spanraum und daher auch das Spanraumprofil P1 und P3 kleiner gestaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Umfangsschneiden 6 und 8 im Stirnbereich konstruktiv stabiler gestaltet werden können. Die Übertragung der Spankraft F (Siehe 6) bzw. des Drehmoments wird dadurch in einem spanungstechnisch günstigen Winkel auf die Umfangsschneiden 6 bis 9 geleitet. Die unterschiedlichen Schneidenabstände werden durch die unterschiedlichen Versatzwinkel der Umfangsschneiden realisiert, wobei im Stirnbereich α1 = α3 kleiner α2 = α4 gilt (siehe 6) und in Richtung zum Einspannbereich α1 = α3 größer α2 = α4 (in 7 nicht angetragen). Durch den inhomogenen, sich unförmig und vom Stirnbereich 1S zum Einspannbereich 1E hin verändernden Kern 10, der in 8 dargestellt ist, wird überraschender Weise die Biegebruchfestigkeit sowie die Torsionssteifigkeit des Schaftfräsers 1 deutlich erhöht. Dies hat eine wirkungsvolle Standwegerhöhung und eine deutliche Laufruhe sowie schwingungshemmende Wirkung des Schaftfräsers 1 gegenüber Schaftfräsern des Stands der Technik um das Vielfache zur Folge. Durch den elliptischen oder andersförmigen Kern wird die seitliche Ablenkung bei lateralen Bearbeitungen deutlich verringert.
Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Schaftfräser 1 auch mit drei Umfangsschneiden 6, 7, 8 (11) zu versehen. In der dargestellten Stirnansicht erstreckt sich die erste Stirnschneide 1 bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Radial schließt sich an diese die erste Umfangsschneide 6 mit einer Spanraumtiefe t6 an. In Uhrzeigerrichtung ist dann eine zweite Umfangsschneide 7 mit einer Spanraumtiefe t2 und dann die dritte Umfangsscheide 8 mit einer Spanraumtiefe t3 vorgesehen. Dabei ist im Stirnbereich t1 größer t2 größer t3. In Richtung zu dem hier nicht dargestellten Einspannbereich verringert sich die Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneide 6 und die Zahnraumtiefe der zweiten und dritten Umfangsscheiden 7, 8 wird größer, wobei der Außendurchmesser über die Länge der Umfangsschneiden 7 bis 9 konstant ist.
12 zeigt einen Schaftfräser 1 aus Richtung der Stirnseite 1S mit 3 Paaren von sich jeweils diametral gegenüberliegenden Stirnschneiden 1, 1a, 2, 2a, 3, 3a und Umfangsschneiden 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a. Die sich diametral gegenüberliegenden Stirnschneiden 1, 1d reichen bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Die Spanraumtiefen t6, t6a der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6, 6a, die Spanraumtiefen t7, t7a der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 7, 7a und die Spanraumtiefen der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 8, 8a sind paarweise im Wesentlichen gleich. Auch die hier nicht bezeichneten Zahnrückenkonturen der sich paarweise gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a sind im Wesentlichen gleich gestaltet. Wie bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ändern sich die Spanraumtiefen in Richtung zum hier nicht dargestellten Einspannbereich von groß auf klein bzw. von klein auf groß, wobei immer über die gesamte Länge der Umfangsschneiden der gleiche Außendurchmesser D vorhanden ist.
Die Spanwinkel der einzelnen Umfangsschneiden können bei allen Varianten zueinander unterschiedlich sein.
Weiterhin können sich die Spanwinkel der einzelnen Umfangsschneiden variabel gestalten (nicht dargestellt). Das heißt z.B. dass der Spanwinkel an der Stirn mit 10° beginnt und in Richtung zum Einspannbereich mit 6° endet bzw. mit 6° beginnt und mit 10° endet.
Die Spanwinkel untereinander können bei dem Schaftfräser variabel gestaltet sein. Die Spanwinkel können mit allen möglichen Winkelgrößen definiert werden.
Durch den variablen Spanwinkel wird der Spanprozess im Schneidenbereich der jeweiligen Schneide in Abhängigkeit der Spanraumgeometrie, des Zahnprofilsverbessert. Durch die besonderen Spanräume zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9 (beispielsweise bei 5 bis 7) sowie zwischen den Umfangsschneiden 7 und 8 im Stirnbereich ist das Ausspanen des zu zerspanenden Materials bei stirnseitigen Bearbeitungen optimiert.
Die radialen Freiwinkel Wr der Umfangsschneiden und die Zahnrückenkonturen 6K bis 8K (6 und 7) sind durch tangentiale Übergänge gekennzeichnet – im Gegensatz zum Stand der Technik ohne Freistich. Es hat den Vorteil, dass das Drehmoment bzw. die Kraftübertragung der Spankraft F (siehe fetter Pfeil in 6) besser auf die Schneidkante der Umfangsschneiden übergeleitet wird (hier angetragen an die Schneidkante 8.S der dritten Umfangsschneide 8). Dies stabilisiert den Schneidenbereich und erhöht signifikant den Standweg. Die Schneiden des Hochleistungsschaftfräsers können in Abhängigkeit der Einsatzbereiche mit Hartstoffbeschichtungen versehen werden (z.B. Titan-Aluminium-Nitrit, Titan-Silizium-Nitrid), um dessen Leistungsfähigkeit weiterhin zu verbessern.
Durch die vorliegende Erfindung des Hochleistungsschaftfräsers wird das Zeitspanvolumen durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit bei der mechanischen Fertigung signifikant verbessert. Durch die geometrischen Besonderheiten wie sich über die Länge der Umfangsschneiden verändernde Spanraumtiefen, ggf. in Verbindung mit unterschiedlichen Spiralwinkeln, unterschiedlichen Zahnteilungen in Zusammenhang mit dem elliptischen oder andersförmigen und zum Schaft hin verändernden Kern, unterschiedlichen und variablen Spanraumtiefen, unterschiedlichen und variablen Zahnprofilen, unterschiedlichen und variablen Spanwinkel, asymmetrischen Verlauf der Umfangsschneiden zueinander, ist eine Standwegerhöhung um das Vielfache gegeben. Die optimale Spanraumstruktur begünstigt des Weiteren das Ausspanen des zu zerspanenden Materials drastisch. Durch den variablen elliptischen oder andersförmigen Kern wird die seitliche Ablenkung bei lateralen Bearbeitungen deutlich verringert. Die zueinander abgestimmten Gestaltungsaspekte und das perfekte Zusammenwirken der besonders hochfesten Materialien (Substrate) des Schaftfräsers, der besonderen Schneidengeometrie und bedarfsweise der Beschichtung ist die beschriebene Erfindung ein Hochleistungsschaftfräser mit herausragenden Leistungsfähigkeiten.
Im Diagramm gemäß 13 wird ein Leistungsvergleichstest des Standweges zwischen einem Schaftfräser 1‘ des Stands der Technik mit 6 Umfangsschneiden (im Diagramm der obere Balken) und eines erfindungsgemäßen Hochleistungs-Schaftfräsers 1 mit 4 Umfangsschneiden (im Diagramm unterer Balken) gezeigt.
Die Fräser wiesen im Wesentlichen die gleichen Außendurchmesser und Längen auf und bestanden beide aus Hartmetall. Es wurde das gleiche Material (Kaltarbeitsstahl – Werkzeugstahl) mit diesen Fräsern bearbeitet und die gleichen Bearbeitungsparameter (Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe, Zustellung) eingestellt.
Es ist ersichtlich, dass der Schaftfräser 1‘ nach dem Stand der Technik bereits nach einem Standweg von 7m versagt hat, während der erfindungsgemäße Schaftfräser 1 einen Standweg von 15 m zurücklegte.
Damit ist nachgewiesen, dass durch den erfindungsgemäßen Schaftfräser 1 eine überragende Erhöhung des Standweges s im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern 1‘ möglich ist.
Aus 14 ist ein erfindungsgemäßer zylindrischer Schaftfräser 1 mit vier Umfangsschneiden 6 bis 9 in der Seitenansicht ersichtlich, bei welchem in der oberen Hälfte der Seitenansicht die Schneidecke an dem Übergang zwischen den Umfangsschneiden 6 bis 9 und den Stirnschneiden (hier nicht bezeichnet) an der Stirnseite S1 als Radius ER ausgebildet ist. Gemäß der gestrichelten Kontur in der unteren Schnitthälfte kann der Übergang auch als Fase EF ausgebildet sein.
Die 15 bis 17 sollen verdeutlichen, dass die erfindungsgemäße Lösung auch bei einem kegelförmigem Schaftfräser 1 angewendet werden kann. Bei diesem vergrößert sich der Außendurchmesser von einem Durchmesser D.1 nach der Spitze bzw. der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E auf einen Durchmesser D.2 kegelförmig in einem Kegelwinkel γ und der Kern kann sich ebenfalls in seinem Querschnitt von einem kleinsten Querschnitt im Bereich der Stirnseite 1S auf einen größeren Querschnitt am Ende der Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in Richtung zum Einspannbereich 1E erhöhen. Auch hier sind die nicht bezeichneten Spanraumtiefen zweier sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Umgangsschneiden 6 und 8 im Wesentlichen gleich – aber unterschiedlich zu den hier ebenfalls nicht bezeichneten Spanraumtiefen der beiden anderen dazu versetzt angeordneten Umfangsschneiden 7 und 9, wie es zum zylindrischen Schaftfräser in den 6 und 7 verdeutlicht wurde, nur dass hier keine Stirnschneiden vorhanden sind, da sich die Umfangsschneiden 6 bis 9 bis ins radiale Zentrum im Bereich der Stirnseite 1S erstrecken. Aus dem Querschnitt C-C, der in Richtung der Stirnseite 1S liegt und dem Querschnitt D-D, der in Richtung zum Einspannbereich 1E liegt, wird verdeutlicht, dass sich der Außendurchmesser D.1 auf einen Durchmesser D.2 vergrößert. Aus 16 ist ersichtlich, dass im Bereich des Schnitts C-C die erste Umfangsschneide 6 eine Querschnittsfläche 6.1a, die zweite Umfangsschneide 7 eine kleinere Querschnittsfläche 7.1, die dritte Umfangsschneide 8 eine Querschnittsfläche 8.1, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 6.1 entspricht und die vierte Umfangsschneide 9 eine Querschnittsfläche 9.1, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 7.1 entspricht, aufweisen. Der Kern 10 weist durch die unterschiedlichen Tiefen der Umfangsschneide eine elliptische Querschnittsfläche 10.1 auf. Das Spanraumprofil P1.1 zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 und P3.1 zwischen den Umfangsschneiden 8 und 9 ist in etwa gleich und geringer als das Spanraumprofil P2.1 zwischen den Umfangsschneiden 7 und 8 und P4.1 zwischen den Umfangsschneiden 9 und 6, wobei P2.1 und P4.1 ebenfalls im Wesentlichen gleich sind.
Aus dem Querschnitt D-D gemäß 17, der in Richtung zum Einspannbereich 1E liegt geht hervor, dass die erste Umfangsschneide 6 eine nun kleinere Querschnittsfläche 6.2, die zweite Umfangsschneide 7 eine nun größere Querschnittsfläche 7.2, die dritte Umfangsschneide 8 eine kleinere Querschnittsfläche 8.2, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 6.2 entspricht und die vierte Umfangsschneide 9 eine hier größere Querschnittsfläche 9.2, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 7.2 entspricht, aufweisen. Der elliptische Kern 10 ist in seiner Orientierung um ca. 90° gedreht und weist eine im Vergleich zur Querschnittsfläche 10.1 größere Querschnittsfläche 10.2 auf. Das Spanraumprofil P1.2 zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 und P3.2 zwischen den Umfangsschneiden 8 und 9 ist nun größer als das Spanraumprofil P2.2 zwischen den Umfangsschneiden 7 und 8 und P4.2 zwischen den Umfangsschneiden 9 und 6. Durch die keglige Form ist jedoch insgesamt das Spanraumprofil in Richtung zum Einspannbereich 1E in der Summe von P1.2 + P2.2 + P3.2 + P4.2 größer als das Spanraumprofil in der Summe P1.1 + P2.1 + P3.1 + P4.1 in Richtung zum Stirnbereich.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer kegelförmiger Schaftfräser auch mit Stirnschneiden versehen sein und vom Außendurchmesser zur Stirnseite einen Radius oder eine Fase aufweisen.
Anstelle des in 15 bis 17 dargestellten Beispiels kann ein kegelförmiger Schaftfräser auch eine andere Anzahl an Umfangsschneiden z.B. 2, 3, 5, 6 und mehr als 6 aufweisen.
Ein kegelförmiger Schaftfräser, dessen Umfangsschneiden eine sich von der Spitze/Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich verändernde Spanraumtiefe aufweist, verwirklicht die gleichen Vorteile wie ein Schaftfräser mit im Wesentlichen zylindrischem Außendurchmesser gemäß der 5 bis 13.
Bezugszeichenliste
Stand der Technik Fig. 1 bis Fig. 4:

1‘: Schaftfräser
1D‘: Außendurchmesser im Bereich der Umfangsschneiden
1S‘: Stirnseite
1.1‘, 1.2‘, 1.3‘, 1.4‘: Stirnschneiden
1.1‘‘, 1.2‘‘, 1.3‘‘, 1.4‘‘: Umfangsschneide anschließt.
10‘: Kern
10D‘: Durchmesser des Kerns
1E‘: Einspannbereich
t‘: Spanraumtiefe
α’: Spanwinkel
Tu‘: Ungleichteilung
Wr’: radialen Freiwinkel
R1‘‘ bis R4‘‘: Zahnrücken
S‘: Freistich
F‘: Spankraft
KS‘‘: Schneidkante

1: Schaftfräser
1S: Stirnseite
1E: Einspannbereich
1W: Spiralwinkel
2, 3, 4, 5: Stirnschneiden
2-2a, 3-3a, 4-4a: paarweise sich gegenüberliegende Stirnschneiden
6-6a, 7-7a, 8-8a: paarweise sich gegenüberliegende Umfangsschneiden
6: erste Umfangsschneide
7: zweite Umfangsschneide
8: dritte Umfangsschneide
8S: Schneidkante
9: vierte Umfangsschneide
6K bis 9K: Zahnrückenkonturen der Umfangsschneiden 6 bis 9
10: Kern
a1: großer Abstand zwischen den Umfangsschneiden
a2: kleiner Abstand zwischen den Umfangsschneiden
b1: Breite der Ellipse des Kerns zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2
b2: Breite der Ellipse des Kerns zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4
A: Längsachse
D: Außendurchmesser
D1: Außendurchmesser
D2: Außendurchmesser
EF: Fase
ER: Radius
F: Spankraft
L: Gesamtlänge des Schaftfräsers 1
LS: Schneidenlänge
S: Standweg
t6: erste Spanraumtiefe
t7: zweite Spanraumtiefe
t8: dritte Spanraumtiefe
t9: vierte Spanraumtiefe
t7‘ und t9‘: größere Spanraumtiefe
t6‘ und t8‘: kleinere Spanraumtiefe
Tu: ungleiche Zahnteilung
P1, P2, P3, P4: Spanraumprofil
P1.1, P2.1, P3.1, P4.1: Spanraumprofil in Richtung zur Stirnseite 1S eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
P1.2, P2.2, P3.2, P4.2: Spanraumprofil in Richtung zur zum Einspannbereich 1E eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
Wr: radialer Freiwinkel
Wα: Spanwinkel
α1: erster Versatzwinkel
α2: zweiter Versatzwinkel
α3: dritter Versatzwinkel
α4: vierter Versatzwinkel
γ: Kegelwinkel
6.1, 7.1, 8.1, 9.1,: Querschnittsflächen der Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in Richtung zur Stirnseite 1S eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
6.2, 7.2, 8.2, 9.2: Querschnittsflächen der Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in Richtung zum Einspannbereich 1E eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
10.1: Querschnittsfläche des Kerns 10 in Richtung zur Stirnseite 1S eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
10.2: Querschnittsfläche des Kerns 10 in Richtung zum Einspannbereich 1E eines kegelförmigen Schaftfräsers 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015214964 A1 [0005]

Claims

Schaftfräser (1) mit einem Kern (10), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spanraumtiefe wenigstens einer Umfangsscheide von einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) verändert und/oder dass wenigstens zwei Umfangsschneiden unterschiedliche Spanraumtiefen aufweisen.
Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spanraumtiefe mehrerer oder aller Umfangsschneiden von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) verändert.
Schaftfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spanraumtiefe wenigstens einer der Umfangsschneiden ausgehend von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) hin verringert oder vergrößert.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneiden in beliebiger Länge ausgeführt sind.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden unterschiedlich groß ist zu einer Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen zwei anderen benachbarten Umfangsschneiden.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10) des Schaftfräsers (1) im Querschnitt zumindest bereichsweise von einer Kreisform abweicht.
Schaftfräser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftfräser (1) eine elliptische oder eine anderweitig unrunde Kernform aufweist.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10) ausgehend von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) spiralförmig in Abhängigkeit des Spiralwinkels (1W) der Umfangsschneiden ausgebildet ist.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kern (10) in seiner Querschnittsform in Abhängigkeit der axialen Lage verändert.
Schaftfräser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanwinkel wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich zueinander sind und dass der Spanwinkel wenigstens einer Umfangsschneide sich vom Stirnbereich zum Einspannbereich hin verändert.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Kerns (10) durch die Spanraumtiefen der Umfangsschneiden und/oder die Spanraumprofile definiert ist.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanraumgrößen und der Spanraumverlauf und/oder Zahnrückenkonturen wenigstens zweier Umfangsschneiden zueinander unterschiedlich sind und/oder in ihrer Größe über die Länge der Umfangsschneiden variabel ausgebildet sind.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanraumtiefe wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich ist.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehr als zwei Umfangsschneiden aufweist, wobei jeweils zwischen den Umfangsschneiden umfangsseitig ein Versatzwinkel vorhanden ist und wenigstens eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe aufweist, die sich von den Spanraumtiefen der anderen Umfangsschneiden unterscheidet.
Schaftfräser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vier Umfangsschneiden (6, 7, 8, 9) aufweist, wobei eine erste Umfangsschneide (6) eine erste Spanraumtiefe (t6) aufweist, eine in einem ersten Versatzwinkel (α1) umfangsseitig dazu versetzt angeordnete zweite Umfangsschneide (7) eine zweite Spanraumtiefe (t7) aufweist, eine in einem zweiten Versatzwinkel (α2) umfangsseitig zur zweiten Umfangsschneide (7) versetzt angeordnete dritte Umfangsschneide (8) vorhanden ist, die eine dritte Spanraumtiefe (t8) aufweist und dass eine in einem dritten Versatzwinkel (α3) umfangsseitig zur dritten Umfangsschneide (8) versetzt angeordnete vierte Umfangsschneide (9) vorhanden ist, die eine vierte Spanraumtiefe (t9) aufweist und dass zwischen der vierten Umfangsschneide (9) und der ersten Umfangsschneide (6) ein vierter Versatzwinkel (α4) vorhanden ist.
Schaftfräser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die erste und die dritte Umfangsschneide (6, 8) im Wesentlichen gleich ausgebildet sind und/oder dass die zweite und vierte Umfangsschneide (7, 9) im Wesentlichen gleich ausgebildet sind und dass sich die erste und dritte Spanraumtiefe (t6, t8) der sich im Wesentlich gegenüberliegenden ersten und dritten Umfangsschneide (6, 8) von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) reduziert und/oder dass sich die zweite und dritte Spanraumtiefe (t7, t9) der sich im Wesentlichen gegenüberliegenden zweiten und dritten Umfangsschneide (7, 9) von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) erhöht.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Umfangsschneiden von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) in zueinander unterschiedlichen Spiralwinkeln erstrecken.
Schaftfräser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralwinkel benachbarter Umfangsschneiden in Umfangsrichtung größer oder kleiner werden.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneidenabstände benachbarter oder gegenüberliegender Umfangsschneiden von der Stirnseite (1S) zum Einspannbereich (1E) vergrößert oder verringert.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen einem radialen Freiwinkel (Wr) wenigstens einer Umfangsschneide und einem Zahnrücken dieser Umfangsschneide ein im Wesentlichen tangentialer Übergang ausgebildet ist.