DE202017103021U1 - Schaftfräser - Google Patents

Abstract

Schaftfräser (1) mit einem Kern (11), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide (R) bildet und – sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide (R) aus Richtung einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise verringert und – sich die Spanraumtiefe wenigstens einer weiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart (U1) aus Richtung der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise erhöht.

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.
• Aus der Druckschrift DE 200 23 770 U1 ist ein Fräser beziehungsweise ein drehbarer mehrzahniger Schaftfräser offenbart, bei dem sich die Gesamtquerschnittsfläche des Fräsermaterials allmählich vom Schneidende in Richtung des Einspannbereichs vergrößert. Die Querschnittsfläche nimmt dabei kontinuierlich umfangsseitig gleichmäßig zu, wodurch jeder Spanraum die selbe Geometrie aufweist. Es kann demzufolge zu starken Schwingungen während der Bearbeitung kommen.
• In der Druckschrift DE 102 43 403 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, insbesondere eines Bohrers oder Fräsers beschrieben. Der Fräser bzw. Bohrer weist wenigstens eine Förderwendel auf, wobei dieser in einem einzigen Arbeitsgang eingebracht wird. Die Spanraumtiefe ist dabei konstant oder variabel ausgebildet über die Länge des Bohrers ausgebildet. Gemäß der Druckschrift besitzt der Fräser/Bohrer lediglich eine Schneide, welche das Material aus einer Bohrung über die Förderwendel herausbringt.
• Ein Fräswerkzeug wird in der Druckschrift AT 14275 U1 benannt. Das Fräswerkzeug weist einen Kopfabschnitt mit einer Mehrzahl spiralförmig umlaufender Schneiden und einen Einspannabschnitt zur Aufnahme an einem Bearbeitungszentrum auf. Die Schneiden bestimmen die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs im Bearbeitungszentrum und weisen zwischen den Schneiden Spannuten auf, wobei eine erste spiralförmig umlaufende Schneide und eine zweite spiralförmig umlaufende Schneide, die der ersten Schneide in einer zweiten Spannut folgt, derart angeordnet sind, dass an jeder axialen Position des Kopfabschnitts der Spiralwinkel der zweiten Schneide kleiner als der Spiralwinkel der ersten Schneide ist, und der Kernradius der zweiten Spannut von dem freien Ende in Richtung der Werkzeugaufnahme abnimmt. Die Spanräume am freien Ende sind gleichmäßig von der Geometrie ausgebildet, wobei erste Spannut in Richtung des Einspannbereichs ihre Tiefe nicht verändert. Lediglich die zweite Spannut wird in Richtung des Einspannbereichs tiefer und ändert daher die Geometrie. Dies kann bei dem Fräser zu einem Ungleichgewicht führen, was bei sehr hohen Drehzahlen zu Schwingungen und Vibrationen führt.
• Aus der Druckschrift JP 2007-136627 A ist ein Fräser bekannt, bei dem die einzelnen Spanräume unterschiedliche Tiefen aufweisen. Diese bleiben vom freien Ende in Richtung des Einspannabschnitts gleichmäßig in der Geometrie. Auch hier können Schwingungen während der Bearbeitung auftreten.
• 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 erfindungsgemäß wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide bildet und wobei sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von einer Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers zumindest bereichsweise verringert und wobei sich die Spanraumtiefe wenigstens einer weiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart von einer Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers zumindest bereichsweise erhöht.
• Dabei reduziert sich die Spanraumtiefe der Referenzschneide über die gesamte Länge oder einen Längenbereich und die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart erhöht sich über die gesamte Länge oder einen Längenbereich, der bevorzugt dem Längenbereich der Referenzschneide entspricht.
• Vorteilhafter Weise erhöht sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers entgegengesetzt zum Verlauf der Spanraumtiefe der Referenzschneide.
• Durch die sich entgegengesetzt zueinander ändernden Spanraumtiefen von Referenzschneide und Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart werden beim Fräsen die auftretenden Schwingungen überraschender Weise erheblich reduziert.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich gleich bleibend und verringert sich über einen zweiten Längenbereich. Dabei ist die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ebenfalls von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich gleich bleibend und erhöht sich über einen zweiten Längenbereich.
• Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung verringert sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich und verläuft über einen zweiten Längenbereich gleich bleibend, wobei die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich erhöht und sich über einen zweiten Längenbereich gleich bleibend erstreckt.
• Vorzugsweise entspricht dabei die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart an der Stirnseite bzw. in Richtung zur Stirnseite im Wesentlichen der Spanraumtiefe der Referenzschneide in Richtung zum Einspannbereich und es entspricht die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich im Wesentlichen der Spanraumtiefe der Referenzschneide an der Stirnseite.
• Dabei ist es jedoch auch möglich, die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich kleiner auszubilden als die Spanraumtiefe der Referenzschneide am Stirnbereich um einen in Richtung zum Einspannbereich etwas stabileren Kern auszubilden.
• Die Verringerung der Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide und/oder die Erhöhung der Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers erfolgt bevorzugt linear.
• Der erfindungsgemäße Schaftfräser kann zusätzlich zu wenigstens einer Referenzschneide und wenigstens einer weiteren ersten Umfangsschneidenart zusätzlich wenigstens eine weitere zweite Umfangsschneidenart aufweisen, wobei die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der weiteren zweiten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers gleichbleibend bzw. im Wesentlichen gleich bleibend verläuft.
• Der Kern weist eine von der Kreisform abweichende Form auf, die ausgehend von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich spiralförmig verläuft.
• Der Kern verändert auch seine Form im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich.
• Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des Schaftfräsers besteht darin, dass die Spanwinkel wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich zueinander sind und/oder dass der Spanwinkel wenigstens einer Umfangsschneide sich vom Stirnbereich zum Einspannbereich hin verändert.
• Besonders bevorzugt schließen sich umfangsseitig an den Kern genau vier oder genau fünf Umfangsschneiden an. Selbstverständlich kann der Fräser aber auch 3 bis 6 oder mehr als 6 Umfangsschneiden aufweisen. Der Schaffräser kann genau drei Umfangsschneiden aufweisen, wobei
• – eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist oder
• – zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind.
• Dabei ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Bei einer Ausführungsform mit einer Referenzschneide und einer weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart kann die zweite weitere Umfangsschneide sowohl eine Umfangsschneide der ersten, als auch der zweiten Umfangsschneidenart sein.
• Oder der Schaftfräser weist genau vier Umfangsschneiden auf, wobei zwei sich gegenüberliegende Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen jeweils zwei Referenzschneiden jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist. Dabei ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die zweite weitere Umfangsschneide kann sowohl eine Umfangsschneide der ersten, als auch der zweiten Umfangsschneidenart sein.
• Es ist ebenso möglich, dass zwei benachbarte Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind.
• Der Schaftfräser kann auch genau fünf Umfangsschneiden aufweisen, wobei
• – eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist wobei wenigstens eine der weiteren vier Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
• – zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwischen den zwei Referenzschneiden einmal eine weitere Umfangsschneide und einmal zwei nebeneinander liegende weitere Umfangsschneiden angeordnet sind oder
• – drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwei Referenzschneiden zueinander benachbart sind und zwischen den zwei benachbarten und der dritten Referenzschneide jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist
• Auch bei einer Ausführungsform mit genau fünf Umfangsschneiden ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die übrigen Umfangsschneiden können von der ersten und/oder der zweiten Umfangsschneidenart sein.
• Es ist auch möglich, dass der Schaftfräser genau sechs Umfangsschneiden aufweist, wobei
• – wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide ist und wobei wenigstens eine der weiteren fünf Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
• – wenigstens zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen den Referenzschneiden weitere Umfangsschneiden angeordnet sind wobei wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
• – drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind, wobei jeweils zwischen zwei Referenzschneiden eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist und wobei wenigstens eine der weiteren Umfangsschneiden eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist.
• Auch bei einer Ausführungsform mit genau sechs Umfangsschneiden ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die übrigen Umfangsschneiden können von der ersten und/oder der zweiten Umfangsschneidenart sein. Bei der Ausführungsform mit zwei gegenüberliegenden Referenzschneiden sind die Umfangsschneiden der ersten und/oder der zweiten Umfangsschneidenart bevorzugt jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet.
• Dabei ist es möglich, dass sich mehrere oder alle Umfangsschneiden von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich in zueinander unterschiedlichen Spiralwinkeln erstrecken.
• Die Spiralwinkel benachbarter Umfangsschneiden können in Umfangsrichtung größer oder kleiner werden und/oder der Spiralwinkel jeweils mindestens einer Umfangsschneide kann sich verändernd von der Stirnseite zum Einspannbereich verlaufen.
• 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. Bei Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart handelt es sich insbesondere um herkömmliche Umfangsschneiden.
• 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.
• Es ist ebenfalls möglich, dass die Umfangsschneiden einen sich über deren Länge verändernden, variablen Spiralwinkel aufweisen, sodass die Spirale einer Schneide an der Stirnseite des Fräsers mit einem definierten ersten Spiralwinkel beginnt, der sich in Richtung zum Einspannbereich hin verändert, d.h. auf einen zweiten Spiralwinkel erhöht oder verringert.
• 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 Kernform verändert sich dadurch im Verlauf von der Stirn zum Einspannbereich spiralförmig.
• Die radial außenliegenden Schneidkanten der Umfangsschneiden liegen dabei auf einem gemeinsamen Außendurchmesser. Der Durchmesser der Schneidkanten kann über die Länge des Schneidenbereiches variieren (z.B. in Form einer umfangsseitigen Durchmesserverjüngung von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich) Weiterhin kann der Außendurchmesser sich auch in Richtung zur Stirnseite reduzieren, z.B. bei kegelförmigen Fräsern. Auch kann der Fräser an seiner Stirnseite flach oder in Form eines Radius ausgeführt sein.
• Es können auch Schneidenhöhendifferenzen unter den Schneiden zueinander vorgesehen werden, so dass die Außenkontur über die Länge variiert und die Außenkontur auch elliptisch oder oval sein kann. Der Kern kann sich spiralförmig in 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.
• Zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden ist 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.
• 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 (diese bilden dann die Referenzschneiden) und verringert sich in Richtung zum Einspannbereich auf eine kleinste Spanraumtiefe.
• Die Spanraumtiefen der weiteren zweiten und der dritten Umfangsschneide sind im Stirnbereich des Schaftfräsers am kleinsten und vergrößern sich in Richtung zum Einspannbereich (Umfangsschneiden 1. Art). Dabei entspricht die größte Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide (Referenzschneiden) am Stirnbereich bevorzugt im Wesentlichen der größten Spanraumtiefe der weiteren zweiten und vierten Umfangsschneiden (1. Art) am Ende der Umfangsschneiden in Richtung Einspannbereich und die kleinste Spanraumtiefe der weiteren zweiten und vierten Umfangsschneide (1. Art) im Stirnbereich der kleinsten Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide (Referenzschneide) an deren Ende in Richtung zum Einspannbereich.
• In diesem Fall sind somit die erste und die dritte Umfangsschneide (Referenzschneide) und/oder die weitere zweite und vierte Umfangsschneide (1. Art) im Wesentlichen gleich jedoch entgegengesetzt zueinander verlaufend ausgebildet.
• Bevorzugt im gleichen Maß, wie sich vom Stirnbereich in Richtung zum Einspannbereich die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsscheide (Referenzschneide) verringert, vergrößert sich die Spanraumtiefe der weiteren zweiten und vierten Umfangsschneide.
• Der Außendurchmesser des Schaftfräsers ist dabei über die Länge der Schneiden konstant (zylindrisch) oder von der Stirnseite aus in Richtung zum Einspannbereich kegelförmig ausgebildet.
• Der Durchmesser kann auch von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich sich verjüngend verlaufen.
• Bei einem zylindrischen Schaftfräser mit einem über die gesamte Länge der Schneiden gleichen Außendurchmesser verändert sich der Kern im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich.
• Bei einem kegelförmigen Schaftfräser vergrößert sich der Außendurchmesser von der Spitze (Stirn) aus in Richtung zum Schaft (Einspannbereich) kegelförmig und der Kern kann sich ebenfalls in seinem Querschnitt von einem kleinsten Querschnitt im Bereich der Spitze (Stirn) auf einen größeren Querschnitt am Ende der Umfangsschneiden in Richtung zum Einspannbereich erhöhen, wobei auch hier der Kern sich von der Stirnseite zum Einspannbereich im Wesentlichen spiralförmig verändert.
• Bevorzugt erstrecken sich mehrere oder 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 kann sich der Spiralwinkel einer oder mehrerer Umfangsschneiden über deren Länge verändern.
• 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. Die Freiwinkel der Schneiden können auch in herkömmlicher Ausführung facettenförmig ausgebildet sein. Auch können beide Varianten der Gestaltung der Freiwinkel in einem Schaftfräser vorhanden sein.
• Der Schaftfräser ist derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der Referenzschneide größer als der Spanwinkel der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ausgebildet ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Spanwinkel der Referenzschneide kleiner als der Spanwinkel der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ausgebildet.
• Bei gleichmäßiger Spanraumtiefe der der Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart sind die Spanwinkel ebenfalls gleichmäßig ausgebildet.
• Je nach Anwendungsbereich haben sich unterschiedliche Spanwinkel für unterschiedliche Materialien als vorteilhaft erwiesen. So wird vorzugsweise zur Bearbeitung von Titan der im Vergleich der Spanwinkel große Spanwinkel zwischen 8°–18 ° (bevorzugt 10° bis 16°) und der im Vergleich der Spanwinkel kleine Spanwinkel 2°–7 ° (bevorzugt 5° bis 5°) gewählt.
• Zur Bearbeitung von hochlegierten Stählen wird vorteilhafter Weise der Spanwinkel bei großer Spanraumtiefe zwischen 5°–12 ° (bevorzugt 6° bis 10°) und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 1°–7 ° (bevorzugt 3° bis 6°) gewählt. Die Spanraumtiefe ist dabei in Bezug zueinander angegeben.
• Bei der Anwendung zur Bearbeitung von Faserverbundmaterial, beispielsweise Glasfaser oder Carbonfaser hat sich der Spanwinkel bei großer Spanraumtiefe zwischen 12°–25 ° bevorzugt 14° bis 23°) und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 8–16 ° (bevorzugt 10° bis 14°) als vorteilhaft ergeben.
• Dabei kann der sich Spanwinkel bei einer Umfangsschneide über deren Länge von groß auf klein oder von klein auf groß ändern.
• Umfangsschneiden zweiter Umfangsschneidenart mit konstanter Spanraumtiefe weisen vorzugsweise über ihre Länge einen konstanten Spanwinkel auf.
• Der Schaftfräser ist derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der Referenzschneide bevorzugt von einem großen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite auf einen kleinen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs reduziert ist. Folglich ist der kleine Spanwinkel der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart im Bereich der Stirnseite auf einen großen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs vergrößert.
• In einer alternativen Ausgestaltung ist der Schaftfräser derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der Referenzschneide von einem kleinen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite auf einen großen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs vergrößert ist wobei zudem der große Spanwinkel der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart im Bereich der Stirnseite auf einen kleinen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs reduziert ist.
• Die Tiefe der Referenzschneiden an der Stirnseite entspricht bevorzugt im Wesentlichen der Tiefe einer Umfangsschneide eines herkömmlichen Fräsers, kann aber auch tiefer oder weniger tief sein, je nach Bearbeitungsaufgabe.
• Beispielsweise für die Bearbeitung von hochfesten Materialien wie hochlegierte Stähle, ist bei einem bestimmten Außendurchmesser ein größerer Kernquerschnitt erforderlich, um die erforderliche Stabilität zu gewährleisten – dass wird eine kleinere Spanraumtiefe der Referenzschneiden im Stirnbereich gewählt.
• Soll mit einem Schaftfräser mit gleichem Außendurchmesser beispielsweise GFK, CFK oder ein Leichtmetall wie Aluminium bearbeitet werden, kann bei gleichem Außendurchmesser die Spanraumtiefe vergrößert werden, da der Kernquerschnitt geringer sein kann.
• Der vorliegende Schaftfräser kann als Basismaterial aus HSS, Hartmetall, Cermet, Keramikwerkstoffen 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 fünf Umfangsschneiden, davon eine Referenzschneide,
• 13 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit sechs Umfangsschneiden,
• 14 ein Diagramm des Standweges eines herkömmlichen Fräsers mit 6 Umfangsschneiden und des erfindungsgemäßen mit Fräsers mit 4 Umfangsschneiden,
• 15 die Seitenansicht eines zylindrischen Schaftfräsers mit einem Radius in Richtung zur Stirnseite,
• 16 die Seitenansicht eines kegelförmigen Schaftfräsers,
• 17 den Querschnitt C-C gemäß 16,
• 18 den Querschnitt D-D gemäß 16,
• 19 Prinzipdarstellung der Abwicklung einer Referenzschneide und zweier weiterer Umfangsschneiden,
• 20 Prinzipdarstellung der Abwicklung einer weiteren Variante einer Referenzschneide und zweier weiterer Umfangsschneiden,
• 21 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit fünf Umfangsschneiden, davon zwei Referenzschneiden,
• 22 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit fünf Umfangsschneiden, davon drei Referenzschneiden.
• 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 11‘. 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 11‘ einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser 11D‘ 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 (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. Die Umfangsschneiden 6 und 8 weisen an der Stirnseite die größte Spanraumtiefe t6, t8 auf und bilden die Referenzschneiden R. Die anderen beiden dazwischen liegenden Umfangsschneiden 7 und 9 weisen an der Stirnseite die kleinste Spanraumtiefe t7 und t9 auf und sind in Form von Umfangsschneiden der 1 ersten Art U1 ausgebildet, d.h. deren Spanraumtiefe verändert sich über die Länge umgekehrt zur Spanraumtiefe der Referenzschneiden R. Durch die unterschiedlichen Spanraumtiefen der Umfangsschneiden 6 bis 9 ergibt sich eine elliptische Form des Kerns 11 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 t9 und die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K können auch in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel anders und in ihrer Größe variabel gestaltet werden. Der Kern 11 kann sich spiralisiert (spiralförmig) in Richtung zum Einspannbereich 1E hin verändern, was auch aus den 6 und 7 hervorgeht. Dabei haben vorzugsweise alle Umfangsschneiden 6 bis 9 unterschiedliche Spiralwinkel.
• Durch die Spanraumtiefen t6 bis t9 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.
• 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. Weiterhin ist aus den 6 und 7 ersichtlich, dass sich ausgehend von der Stirnseite in Richtung um Einspannbereich das Zahnprofil der Umfangsschneiden 6 bis 9 verändert.
• Im Vergleich zu der in 6 dargestellten Stirnseite 1S, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des Kerns 11 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 11 erstrecken, der elliptische Kern 11 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 tieferen zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1) eine größere Spanraumtiefe t7‘ und t9‘ aufwiesen und die hier kürzeren ersten und zweiten Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) eine im Vergleich zu den Spanraumtiefen t6 und t8 an der Stirnseite (6) kleinere Spanraumtiefe t6‘ und t8‘ besitzen.
• Dadurch weist der Kern 11 im Bereich des Schnittes B-B gem. 7 eine Orientierung auf, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des Kerns 11 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 (Referenzschneiden R) können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter verringern und die Spanraumtiefen der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (weitere Umfangsschneiden erster Art U1) können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter erhöhen.
• Die ersten und zweiten Spanraumtiefen 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 Spanraumtiefen 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) im Wesentlichen gleich.
• Die Prinzipskizze der Veränderung des Kerns 11 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 11 aus Richtung der Stirnseite 1S in 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 (Referenzschneiden R) größer (tiefer) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 (weitere Umfangsschneiden erster Art U1). In Richtung zum Einspannbereich 1E sind die sich gegenüberliegende erste und die dritte Umfangsschneide 6 und 8 (Referenzschneiden R) kleiner (flacher) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1). Auch das Kernprofil ändert sich in seiner Form im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich. 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 und in sich über die Länge seine Form und Lage verändernder Kern, der jede mögliche bzw. beliebige Form annehmen kann, in Abhängigkeit der sich in Bezug auf die Länge der Umfangsschneiden verändernden Spanraumtiefe der Umfangsschneiden.
• 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 11, 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 (von der Kreisform abweichenden) Kern wird die seitliche Ablenkung bei lateralen Bearbeitungen deutlich verringert, was durch wissenschaftlich belegte Untersuchungen / Tests nachgewiesen wurde.
• 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 2 bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Radial schließt sich an diese die erste Umfangsschneide 6 mit einer Spanraumtiefe t6 an. Die erste Umfangsschneide 6 ist hier als Referenzschneide R ausgebildet. Sie weist die größte Spanraumtiefe t6 in Richtung zur Stirnseite 1S auf. In Uhrzeigerrichtung ist dann eine zweite Umfangsschneide 7 mit einer Spanraumtiefe t7 und dann die dritte Umfangsscheide 8 mit einer Spanraumtiefe t8 vorgesehen. Dabei ist im Stirnbereich t6 > t7 und t6 > t8 und t7 = t8. In Richtung zu dem hier nicht dargestellten Einspannbereich verringert sich die Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneide 6 (Referenzschneide) und die Spanraumtiefen der zweiten und dritten Umfangsscheiden 7, 8 werden größer, wobei der Außendurchmesser über die Länge der Umfangsschneiden 7 bis 9 im Wesentlichen konstant ist. Die Umfangsschneiden 7 und 8 gehören bevorzugt der ersten Umfangsschneidenart U1 an.
• Alternativ kann gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels eine der beiden Umfangsschneiden 7, 8 der ersten Umfangsschneidenart und die andere der beiden Umfangsschneiden 7, 8 der zweiten Umfangsschneidenart angehören.
• Die Spanraumtiefe der Umfangsschneide/n der zweiten Umfangsschneidenart liegt bevorzugt im Bereich der Stirnseite zwischen der Spanraumtiefe der Referenzschneide/n und der Umfangsschneide/n der ersten Umfangsschneidenart, unabhängig von der Anzahl der Umfangsschneiden, wobei sich von der Stirnseite aus die Spanraumtiefe der Referenzschneide(n) verringert, die Spanraumtiefe(n) der Umfangsschneiden erster Art erhöht und die Spanraumtiefe der Umfangsschneiden zweiter Art im Wesentlichen konstant bleibt.
• 12 zeigt einen Schaftfräser 1 aus Richtung der Stirnseite 1S mit fünf Umfangsschneiden 6 bis 10. In der dargestellten Stirnansicht erstreckt sich die erste Stirnschneide 2 bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Radial schließt sich an diese die erste Umfangsschneide 6 mit einer Spanraumtiefe t6 an. Die erste Umfangsschneide 6 ist hier als Referenzschneide R ausgebildet. Sie weist die größte Spanraumtiefe t6 in an der Stirnseite 1S auf. In Uhrzeigerrichtung ist dann eine zweite Umfangsschneide 7 mit einer Spanraumtiefe t7, eine dritte Umfangsscheide 8 mit einer Spanraumtiefe t8, eine vierte Umfangsscheide 9 mit einer Spanraumtiefe t9 und eine fünfte Umfangsscheide 10 mit einer Spanraumtiefe t10 vorgesehen. In Richtung zu dem hier nicht dargestellten Einspannbereich verringert sich die Spanraumtiefe t6 der ersten Umfangsschneide 6 (Referenzschneide R) und die Spanraumtiefe t8 und t9 der dritten und vierten Umfangsscheiden 8 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1) wird größer, wobei der Außendurchmesser über die Länge der Umfangsschneiden 7 bis 10 im Wesentlichen konstant ist. Die Umfangsschneiden 7 und 10 gehören bevorzugt der zweiten Umfangsschneidenart U2 an, deren Spanraumtiefen t7, t10 über die Länge des Schaftfräsers 1 im Wesentlichen konstant sind.
• Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Referenzschneiden, bzw. eine andere Anzahl von weiteren Umfangsschneiden der ersten und/oder zweiten Umfangsschneidenart gewählt werden.
• 13 zeigt einen Schaftfräser 1 aus Richtung der Stirnseite 1S mit 3 Paaren von sich jeweils diametral gegenüberliegenden Stirnschneiden 2, 2a, 3, 3a, 4, 4a und Umfangsschneiden 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a. Die sich diametral gegenüberliegenden Stirnschneiden 2, 2a 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. Die Umfangsschneiden 6 und 6a weisen dabei die größten Spanraumtiefen t6 und t6a auf und bilden somit zwei Referenzschneiden R. Wie bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ändern sich deren Spanraumtiefen in Richtung zum hier nicht dargestellten Einspannbereich von groß auf klein wobei immer über die gesamte Länge der Umfangsschneiden im Wesentlichen der gleiche Außendurchmesser D vorhanden ist. Hier gehören die weiteren Umfangsschneiden 7, 7a der ersten Umfangsschneidenart U1 an, während die weiteren Umfangsschneiden 8 und 8a der zweiten Umfangsschneidenart U2 angehören.
• 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 dass z.B. 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 Zahnprofils verbessert. 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 14 wird ein Leistungsvergleichstest des Standweges zwischen einem Schaftfräser 1‘ des Stands der Technik mit 4 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 15 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. Selbstverständlich können die eines erfindungsgemäßen Schaftfräsers mit zwei oder mehr als zwei Umfangsschneiden in Richtung zum Schaft ebenfalls hinsichtlich Ihrer Spanraumtiefe bevorzugt allmählich auslaufen.
• Die 16 bis 18 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 (Referenzschneiden R) im Wesentlichen gleich – aber unterschiedlich zu den hier ebenfalls nicht bezeichneten Spanraumtiefen der beiden anderen dazu versetzt angeordneten Umfangsschneiden 7 und 9 (hier zwei Umfangsschneiden erster Umfangsschneidenart U1), 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 17 ist ersichtlich, dass im Bereich des Schnitts C-C die erste Umfangsschneide 6 eine Querschnittsfläche 6.1, 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 11 weist durch die unterschiedlichen Tiefen der Umfangsschneide eine elliptische Querschnittsfläche 11.1 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 18, 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. Es wird deutlich, dass sich die nicht bezeichneten Spanraumtiefen der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) von der Stirnseite aus in Richtung zum Einspannbereich reduzieren und sich die Spanraumtiefen der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Umfangsschneidenart U1) von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich vergrößert. Der elliptische Kern 11 ist in seiner Orientierung um ca. 90° gedreht und weist eine im Vergleich zur Querschnittsfläche 11.1 größere Querschnittsfläche 11.2 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, da dieses entsprechend der kegligen Form mit skaliert wird.
• Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer kegelförmiger Schaftfräser auch mit Stirnschneiden versehen sein und vom am Übergang vom Außendurchmesser zur Stirnseite einen Radius oder eine Fase aufweisen.
• Anstelle des in 16 bis 18 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 14. Auch der kegelförmige Schaftfräser kann ein oder mehrere Referenzschneiden aufweisen, die mit einer oder mehreren weiteren Umfangsschneiden erster Umfangsschneidenart kombiniert sind, wobei zusätzlich eine oder mehrere Umfangsschneiden zweiter Umfangsschneidenart vorgesehen sein können.
• 19 zeigt eine allgemeine Prinzipdarstellung der Abwicklung einer Referenzschneide 6R und zweier weiterer Umfangsschneiden entlang der Schneidenlänge LS. Es handelt sich in der dargestellten Ausführungsform um Abwicklungen von Umfangschneiden eines zylindrischen Schaftfräsers, bei welchen der Außendurchmesser D von der Spitze/Stirnseite 1S des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich 1E des Schaftfräsers im Wesentlichen konstant ist. Ebenfalls dargestellt ist der Kerndurchmesser DK an der jeweiligen Umfangsschneide. Die Spanraumtiefe tR_S der Referenzschneide R verringert sich von der Spitze/Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E des Schaftfräsers auf eine Spanraumtiefe tR_E. Die erste weitere Umfangsschneide U1 ist von einer weiteren ersten Umfangsschneidenart. Ihre Spanraumtiefe tU1_s vergrößert sich von der Spitze/Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E des Schaftfräsers auf eine Spanraumtiefe tU1_E. Die zweite weitere Umfangsschneide U2 ist von einer weiteren zweiten Umfangsschneidenart. Ihre Spanraumtiefe tU2_s verläuft von der Spitze/Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1 _E (des Schaftfräsers auf die Spanraumtiefe tU2_E = tU2_s gleichbleibend.
• Die Spanraumtiefe der zweiten Umfangsschneidenart liegt an der Stirnseite und in Richtung zum Einspannbereich zwischen den Spanraumtiefen der Referenzschneide und der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart.
• Von der Stirnseite aus betrachtet verringert sich die Spanraumtiefe tR_s einer Referenzschneide R bis zu deren Ende am Einspannbereich 1 _E auf eine Spanraumtiefe tR_E = 10% bis 50% von tR_s, bevorzugt auf 15% bis 30% von tR_s, insbesondere auf 25% von tR_s. Entgegengesetzt dazu vergrößert sich die erste Umfangsschneidenart U1 von der Stirnseite 1S beginnend mit einer Spanraumtiefe tU1s in Richtung zum Einspannbereich 1E auf die Spanraumtiefe tU1E.
• Die Spanraumtiefe tU2_s beträgt ausgehend von der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1E (dort tU2_E) 20% bis 80% von tR_s, bevorzugt 40% bis 60% von tR_s, insbesondere 50% von tR_s.
• Gemäß 19 reduziert/vergrößert sich die Spanraumtiefe linear bei der Referenzschneide R und bei der Umfangsschneide erster Schneidenart U1, es ist jedoch auch möglich, dass diese sich in einem anderen Verlauf reduziert/vergrößert.
• Gemäß 20 ist es dabei auch möglich, dass sich die Spanraumtiefe der Referenzschneide R von tRs bereits bis zu einem Bereich der Schneidenlänge LS1 < LS auf die Spanraumtiefe tR_E reduziert und dann mit dieser Spanraumtiefe tR_E in Richtung zum Einspannbereich 1E weiter verläuft.
• In diesem Fall erhöht sich die Spanraumtiefe tU1_s der Umfangsschneide erster Umfangsschneidenart U1_s bis zu einem Bereich der Schneidenlänge LS1 < LS auf die Spanraumtiefe tU1_E und verläuft dann mit dieser Spanraumtiefe tU1_E in Richtung zum Einspannbereich 1E weiter. Im dargestellten Beispiel beträgt LS1 ca. 50% von LS.
• Bevorzugt entspricht bei den 19 und 20 die Spanraumtiefe tU1_S der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart U1 an der Stirnseite 1S im Wesentlichen der Spanraumtiefe tR_E der Referenzschneide R in Richtung zum Einspannbereich 1E und die Spanraumtiefe tU1_E der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart U1 in Richtung zum Einspannbereich 1E im Wesentlichen der Spanraumtiefe tR_S der Referenzschneide R an der Stirnseite 1S.
• Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Spanraumtiefe tU1_E der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart U1 in Richtung zum Einspannbereich 1E kleiner ist als tRs, da dann der Kern in Richtung zum Einspannbereich 1E einen größeren Querschnitt aufweist, was für einige Anwendungsfälle vorteilhaft ist. In diesem Fall wird die Spanraumtiefe tU1_E reduziert bis auf bevorzugt bis 0,7 × tRs, was in den 19 und 20 durch die Strichpunkt-Linie angedeutet ist.
• Weiterhin ist es gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels möglich, dass die Spanraumtiefe einer Referenzschneide von der Stirnseite aus erst gleichmäßig mit der gleichen Spanraumtiefe verläuft und sich dann in Richtung zum Einspannbereich reduziert und dass sich die Spanraumtiefe einer Umfangsschneide erster Umfangsschneidenart erst von der Stirnseite mit einer gleichen Spanraumtiefe erstreckt und ab einer bestimmten Schneidenlänge sich dann die Spanraumtiefe erhöht.
• Generell sollte der erfindungsgemäße Fräser mindestens eine Umfangsschneide in Form einer Referenzschneide und mindestens eine weitere Umfangsschneide in Form einer ersten Umfangsschneidenart aufweisen. Diese können kombiniert sein mit wenigstens einer weiteren Umfangsschneide zweiter Umfangsschneidenart.
• Der guten Ordnung halber werden nachfolgend weitere Varianten eines Fräsers mit 5 Umfangsschneiden beschrieben. In 21 ist aus Richtung der Stirnseite 1S ein Fräser dargestellt, welcher 2 Referenzschneiden R aufweist. Diese sind die hier oben liegende Umfangsschneide 6 und die davon ausgehend in Uhrzeigerrichtung dritte Umfangsschneide 9. In Uhrzeigerrichtung schließt sich an die Umfangsschneide 6 eine weitere Umfangsschneide 7 zweiter Umfangsschneidenart U2 an, auf die eine weitere Umfangsschneide 8 in Form einer ersten Umfangsschneidenart U1 folgt. Zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9, die als Referenzschneiden R ausgeführt sind, ist eine weitere Umfangsschneide 10 angeordnet, die als erste Umfangsschneidenart U1 ausgeführt ist.
• 22 zeigt ein Beispiel eines Schaftfräsers mit 5 Umfangsschneiden, von welchen drei als Referenzschneiden R ausgeführt sind. Diese sind die hier oben liegende Umfangsschneide 6 und die davon ausgehend in Uhrzeigerrichtung übernächste Umfangsschneide 8 und sich darauf in Uhrzeigerrichtung anschließende Umfangsschneide 9. Zwischen den Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) ist eine weitere Umfangsschneide 7 der zweiten Umfangsschneidenart U2 angeordnet – an deren Stelle könnte auch eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart vorgesehen sein – und zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9 (Referenzschneiden R) eine weitere Umfangsschneide 10 erster Umfangsschneidenart U1. Die Spanraumtiefen wurden in den 21 und 22 nicht angetragen.
• Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels können unabhängig von der Anzahl der Umfangsschneiden einige oder alle Umfangschneiden unterschiedliche Spanraumtiefen aufweisen. Die Spanraumgröße, das Spanraumprofil sowie die Zahngröße und das Zahnprofil der unterschiedlichen Umfangsschneidenarten ist unterschiedlich zueinander und ändert sich im Verlauf von der Stirn zum Einspannbereich.
• Die Freiwinkelausbildung in Form von radialem Hinterschliff mit einem im Wesentlichen tangentialen Übergang oder eine facettenförmige Gestaltung der Freiwinkel bietet einen zusätzlichen Vorteil.
• Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine neue Gattung von Hochleistungsfräsern geschaffen, bei welcher sich erstmalig die Spanraumtiefe wenigstens einer ersten Umfangsschneide von der Spitze/Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich ändert und bei wenigstens einer weiteren Umfangsschneide sich die Spanraumtiefe entgegengesetzt verändert. Durch diese neue und erfinderische konstruktive Gestaltung ist im Vergleich zu herkömmlichen Fräsern eine erhebliche Erhöhung des Standweges realisierbar.
• 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

11‘

Kern

11D‘

Durchmesser des Kerns

1E‘

Einspannbereich

t‘

Spanraumtiefe

α’

Spanwinkel

Tu‘

Ungleichteilung

Wr’

radialen Freiwinkel

R1‘‘ bis R4‘‘

Zahnrücken

S‘

Freistich

F‘

Spankraft

KS‘‘

Schneidkante

Erfindungsgemä Lösung Fig. 5 bis Fig. 22:

1

Schaftfräser

1S

Stirnseite

1E

Einspannbereich

1W

Spiralwinkel

2, 3, 4, 5, 12

Stirnschneiden

2–2a, 3–3a, 4–4a

paarweise sich gegenüberliegende Stirnschneiden

6–6a, 7–7a, 8–8a

paarweise sich gegenüberliegende Umfangsschneiden

6

erste Umfangsschneide / Referenzschneide

7

zweite Umfangsschneide

8

dritte Umfangsschneide

8S

Schneidkante

9

vierte Umfangsschneide

10

fünfte Umfangsschneide

6K bis 9K

Zahnrückenkonturen der Umfangsschneiden 6 bis 9

11

Kern

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

11.1

Querschnittsfläche des Kerns 11 in Richtung zur Stirnseite 1S eines kegelförmigen Schaftfräsers 1

11.2

Querschnittsfläche des Kerns 11 in Richtung zum Einspannbereich 1E eines kegelförmigen Schaftfräsers 1

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

DK

Kerndurchmesser

EF

Fase

ER

Radius

F

Spankraft

L

Gesamtlänge des Schaftfräsers 1

LS

Schneidenlänge

LS1

Bereich der Schneidenlänge LS1

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

R

Referenzschneide

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

tRs

Spanraumtiefe der Referenzschneide an der Stirnseite

tRE

Spanraumtiefe der Referenzschneide in Richtung zum Einspannbereich

tU1s

Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneidenart an der Stirnseite

tU1E

Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich

tU2s

Spanraumtiefe der zweiten Umfangsschneidenart an der Stirnseite

tU2E

Spanraumtiefe zweiten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich

U1

erste Umfangsschneidenart

U2

zweite Umfangsschneidenart

Wr

radialer Freiwinkel

Wα

Spanwinkel

α1

erster Versatzwinkel

α2

zweiter Versatzwinkel

α3

dritter Versatzwinkel

α4

vierter Versatzwinkel

γ

Kegelwinkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102015214964 A1 [0003]
• DE 20023770 U1 [0004]
• DE 10243403 A1 [0005]
• AT 14275 U1 [0006]
• JP 2007-136627 A [0007]

Claims (15)

1. Schaftfräser (1) mit einem Kern (11), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide (R) bildet und – sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide (R) aus Richtung einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise verringert und – sich die Spanraumtiefe wenigstens einer weiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart (U1) aus Richtung der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise erhöht.
2. Schaftfräser (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass sich die Spanraumtiefe (tR_S) der Referenzschneide (R) über die gesamte Länge (LS) oder einen Längenbereich (Ls1) bis auf eine Spanraumtiefe (tR_E) reduziert und – dass sich die Spanraumtiefe (tU1_S) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) über die gesamte Länge (LS) oder den Längenbereich (Ls1) der Referenzschneide (R) bis auf eine Spanraumtiefe (tU1_E) entgegengesetzt zum Verlauf der Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) erhöht.
3. Schaftfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) erst gleichmäßig verläuft und sich dann in Richtung zum Einspannbereich reduziert / erhöht oder – dass sich Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) ausgehend von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) erst reduziert / erhöht und dann bis zum Einspannbereich gleichmäßig verläuft oder – dass sich Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) bis zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) reduziert / erhöht.
4. Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spanraumtiefe (tU1_S) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) an der Stirnseite (1S) im Wesentlichen der Spanraumtiefe (tR_E) der Referenzschneide (R) in Richtung zum Einspannbereich (1E) entspricht und – dass die Spanraumtiefe (tU1_E) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) im Wesentlichen der Spanraumtiefe (tR_S) der Referenzschneide (R) an der Stirnseite (1S) entspricht oder kleiner ist als (tRs).
5. Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Referenzschneide (R), wenigstens eine weitere erste Umfangsschneidenart (U1) und wenigstens eine weitere zweite Umfangsschneidenart (U2) aufweist, wobei die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der weiteren zweiten Umfangsschneidenart (U2) von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) gleichbleibend bzw. im Wesentlichen gleich bleibend verläuft.
6. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide und/oder Erhöhung der Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) linear erfolgt.
7. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) des Schaftfräsers (1) im Querschnitt zumindest bereichsweise von einer Kreisform abweicht und in dem von der Kreisform abweichenden Längenbereich ausgehend von der Stirnseite (1S) in Richtung zum Einspannbereich (1E) spiralförmig verläuft.
8. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanwinkel (Wα) wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich zueinander sind und/oder dass der Spanwinkel (Wα) wenigstens einer Umfangsschneide sich vom Stirnbereich (1S) zum Einspannbereich (1E) hin verändert.
9. Schaftfräser (1) nach einer der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass dieser genau drei Umfangsschneiden aufweist, wobei – eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist oder – zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind oder – dass dieser genau vier Umfangsschneiden aufweist, wobei zwei sich gegenüberliegende Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen jeweils zwei Referenzschneiden jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist oder – dass dieser genau fünf Umfangsschneiden aufweist, wobei – eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist wobei wenigstens eine der weiteren vier Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder – zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwischen den zwei Referenzschneiden einmal eine weitere Umfangsschneide und einmal zwei nebeneinander liegende weitere Umfangsschneiden angeordnet sind oder – drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwei Referenzschneiden zueinander benachbart sind und zwischen den zwei benachbarten und der dritten Referenzschneide jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist oder – dass dieser genau sechs Umfangsschneiden aufweist, wobei – wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide ist und wobei wenigstens eine der weiteren fünf Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder – wenigstens zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen den Referenzschneiden weitere Umfangsschneiden angeordnet sind wobei wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder – drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind, wobei jeweils zwischen zwei Referenzschneiden eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist und wobei wenigstens eine der weiteren Umfangsschneiden eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist.
10. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneidenabstände benachbarter oder gegenüberliegender Umfangsschneiden von der Stirnseite (1S) zum Einspannbereich (1E) vergrößern oder verringern.
11. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen einem radialen Freiwinkel (Wr) wenigstens einer Umfangsschneide und einem Zahnrücken dieser Umfangsschneide ein im Wesentlichen tangentialer Übergang ausgebildet ist und/oder dass die Freiwinkel in Form von Facetten ausgebildet sind.
12. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (Wα) der Referenzschneide (R) gleich, größer oder kleiner als der Spanwinkel (Wα’) der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ist und/oder dass sich der Spanwinkel (Wα) der Referenzschneide (R) und/oder der Spanwinkel (Wα’) der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart (U1) über deren Schneidenlänge/n ändert.
13. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichmäßiger Spanraumtiefe der Spanwinkel (Wα) der Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart (U2) gleichmäßig ausgebildet ist.
14. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, – dass zur Bearbeitung von Titan der im Vergleich der Spanwinkel (Wα) große Spanwinkel 8–18° und der im Vergleich der Spanwinkel kleine Spanwinkel 2–7° beträgt, oder – dass zur Bearbeitung von hochlegierten Stählen der Spanwinkel (Wα) bei großer Spanraumtiefe zwischen 5–12 ° und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 1–7 ° beträgt, oder – dass zur zur Bearbeitung von Faserverbundmaterial dass der Spanwinkel (Wα) bei großer Spanraumtiefe zwischen 12–25 ° und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 8–16 ° beträgt.
15. Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, – dass der Spanwinkel (Wα) der Referenzschneide (R) von einem großen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen kleinen Spanwinkel (Wα) in Richtung des Einspannbereichs (1E) reduziert ist und dass der kleine Spanwinkel (Wα’) der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen großen Spanwinkel (Wα’) in Richtung des Einspannbereichs (1E) vergrößert ist oder – dass der Spanwinkel (Wα) der Referenzschneide (R) von einem kleinen Spanwinkel (Wα) im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen großen Spanwinkel (Wα) in Richtung des Einspannbereichs (1E) vergrößert ist und dass der große Spanwinkel (Wα’) der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen kleinen Spanwinkel (Wα’) in Richtung des Einspannbereichs (1E) reduziert ist.

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