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Sich selbst schärfende Schneide für Schneidwerkzeuge Beim Schneidvorgang
dringt die Schneide eines Schneidwerkzeuges in das Schneidgut ein und zerteilt dieses.
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Bei genauer Betrachtung erkennt man, daß beim Eindringen der Schneide
in das Schneidgut der örtliche Druck der scharfen Kante des Schneidenkeiles größer
ist als die Festigkeit des Schneidgutes, die diese dem Eindringen der Schneidkante
entgegensetzen kann. Diese Phase ist bei allen Schneidvorgängen vorhanden.
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Beim weiteren Eindringen treten
| "IdexaltvDen" |
| zwei ivo von |
Schneidvorgängen auf: 1. Das Schneidgut ist ideal plastisch verformbar, dann dringt
die scharfe Kante der Schneide immer auf die gleiche Weise wie beim Eindringen weiter
vor.
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Für die Eindringvorgänge und beim Schneidtyp 1. würde also ein Schneidkörper
genügen, der sich einer geometrischen Linie nähert. Dieser "linienförmige" Schneidkörper
(etwa ein dünner Draht) muß dann so stark vorgespannt sein, daß er sich nicht unzulässig
verformt. Außerdem muß sein Werkstoff so fest sein, daß er sowohl die Zugspannungen
aufnehmen kann, die sich aus der Vorspannung ergeben haben als auch die, die sich
aus der Belastung der Schneide durch die Eindringkräfte ergeben.
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Da diese Schneide für die meisten Anwendungsfälle nicht ausreichend
starr und fest gamacht werden kann, und da zudem in manchen Fälien ein großer Querschnitt
zur Ableitung der beim Schneidvorgang entstehenden Wärme notwendig ist, kann man
den "linienförmigen Schneidkörper" nur selten anwenden. Er braucht eine Unterstützung,
die man in der üblichen keilförmigen Ausbildung der Schneidwerkzeuge findet. Als
Nachteil der höheren Stabilität des Schneidenkeiles muß man in Kauf nehmen, daß
er das Schneidgut abdrängt.
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2. Beim ideal spröden Schneidgut treibt der eingedrungene Keil der
Schneide den Werkstoff auseinander. Dabei wird die Schneidkante nach dem Eindringen
weitgehend entlastet.
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Die praktischen Schneidvorgänge liegen zwischen den Extremen, die
durch die Idealvorgänge gekennzeichnet sind. Da sich die Erfindung auf Schneidvorgänge
bezieht,
die dem Typ 1. nahestehen, wird auf den Typ 2. nicht weiter eingegangen.
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Die Schneidwerkzeuge werden dadurch unbrauchbar und überholungsbedürftig,
daß die Schneiden stumpf werden.
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Das Stumpfwerden ist auf Verschleiß zurückzuführen, der an der Schneidenkante
infolge der hohen örtlichen Flächenpressung beim Eindringen in das Schneidgut entsteht.
Außerdem kann sich die Schneidenkante infolge zu geringer Festigkeit plastisch verformen
und dadurch abstumpfen.
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Hier schafft die nachfolgend beschriebene Erfindung eine Verbesserung;
Die Schneide besteht aus zwei Teiler; einmal aus dem "linienförmigen" Körper aus
einem harten und festen Werkstoff (einer dünnen Schicht, von der jeweils eine Linie
als Schneidenkante zur Verfügung steht) und zum anderen aus dem unterstützenden
Schneidenkeil.
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Im Bild 1 ist eine Erläuterung gegeben. Das Teilbild a) zeigt eine
normale Schneide, die in b) abgerundet, also abgestumpft bzw. abgenutzt ist. Im
Teilbild c) ist die erfindungsgemäße Lösung dargestellt.
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Der Schneidenkei 1 wird mit einer dünnen, festhaftenden Schicht versehen,
die erheblich härter, fester und verschleißfester ist als der Keilwerkstoff. Beim
Schneidvorgang hat dann der "linienförmige" Körper mit seiner großen Festigkeit
und seiner hohen Verschleißfestigkeit die Funktion des Eindringens in das Schneidgut,
während der Werkstoff des Keiles für die Aufnahme der Kräfte die notwendige Festigkeit
und Stabilität aufzubringen hat. Der Keil verschleißt viel schneller als die dünne
harte Schicht, so daß die Schicht auch nach dem Verschleiß noch als Schneide zur
Verfügung steht.
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Die Dicke der dünnen Schicht kann je nach der Schneidaufgabe vom Mikrometerbereich
bis zu Zehntel Millimetern liegen.
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Nicht in allen Fällen werden die einfachen Formen, die im Bild 1 c)
dargestellt sind, ihre Aufgabe optimal erfüllen.
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Die dünne Schicht ist durch die breite Linie gekennzeichnet.
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Je nach dem Schneidgut, der Schneidaufgabe und der möglichen Werkstoffpaarung
Schneidenkeil/dünne Schicht wird man unter Formen auszuwählen haben, die zwischen
denen liegen, die im Bild 2 gezeigt sind.
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Hier stellt wieder die breite Linie die dünne Schicht dar. Die Verhältnisse
sind nicht maßstäblich gezeigt, weil insbesondere bei feinen Schneiden eine sehr
hohe Vergrößerung gewählt werden müßte, wenn man die Verhältnisse überhaupt darstellen
will. Doch auch die unmaßstäbliche Darstellung dient zur Erläuterung.
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Das Teilbild 2a) zeigt eine spitze, hohlgeschliffene Schneide, wie
sie sinnvollerweise bei sehr dünnem Schneidgut eingesetzt wird. Die Schneide bleibt
sehr lange schneidfähig, denn der Verschleiß des Schneidkeiles fördert für lange
Zeit den Nachschub der dünnen Schicht, die sich vorn rundet, so daß eine Schneide
mit nur sehr kleinem Radius entsteht. Das führt beim Eindringen in das Schneidgut
zu einem hohen spezifischen Flächendruck.
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Das Teilbild 2b) zeigt das Prinzip einer Schneidenform, die zum Schneiden
eines dickeren Werkstoffes bestimmt ist.
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In den beiden bisher behandelten Teilbildern gibt ein spitzer Schneidenkeil
eine ausreichende Stabilität und Festigkeit sowie den zur Wärmeableitung erforderlichen
Querschnitt.
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Das Teilbild 2c) zeigt eine Schneidenform, bei der das Messer sehr
fest und starr ausgebildet sein kann. Die Tatsache, daß die Wärmeabfuhr etwas schlechter
ist als bei größerem Schneidwinkel, kann dadurch ausgeglichen werden, daß die dünne
Schicht eine hohe Wärmebeständigkeit hat.
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Entsprechend Bild 2b) ist 2d) - lediglich mit größerem Schneidenwinkel
- ausgebildet.
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Die bisherige Betrachtung bezog sich auf Schneiden im zweidimensionalen
Bereich.
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Kommt es darauf an, daß der spefifische Flächendruck dadurch besonders
hoch gemacht werden soll, daß man eine Spitze, also einen Punkt statt der Linie
in das Schneidgut eindringen lassen will, dann entstehen mehrere Schneiden. Man
kann dann unter gewissen Bedingungen nur eine Fläche mit einer dünnen Schicht versehen.
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Es kann aber auch günstig sein, wenn man von drei in einer Ecke zusammenstoßenden
Flächen zwei mit einer Schicht versieht. Man kann sich dann vorstellen, daß in der
Ecke nicht zwei Schneiden zusammenstoßen, sondern daß nur eine Schneide vorhanden
ist, die in der Ecke abgeknickt ist.
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Am Beispiel einer geschränkten Säge ist das im Bild 3 gezeigt. Die
nach außen gebogene Fläche und die Freifläche haben jeweils eine dünne Schicht.
Auch bei Gewindebohrern sind die beiden Freiflächen die beschichten.
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Die Einsatzmöglichkeiten von sich selbst schärfenden Schneiden ist
fast universell.
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Hier sollen nur die wichtigsten Gruppen aufgezählt werden: Messer
aller Art, wie solche mit Handgriff, z.B. für Gewerbe, Haushalt und dergl., solche,
die in Maschinen und Schneidvorrichtungen eingesetzt werden. Dabei kann die Schneidenform
sowohl geradlinig wie auch kreisförmig oder anders geformt sein.
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Die Schneide braucht auch nicht in einer Ebene zu liegen.
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Schneidwerkzeuge aller Art für Metall-, Holz-, Kunststoff-, Nahrungsmittel-,
Papierverarbeitung und dergl. Das fängt bei Feilen und Raspeln an und geht bis zu
den verschiedensten Scheren.
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Die Grenzen der sich selbst schärfenden Schneiden liegen einmal dort,
wo sich infolge des Temperatureinflusses keine geeignete Kombination von Keilwerkstoff
und dünner Schicht finden läßt, zum anderen dort, wo der Verschleiß so groß wird,
daß die Genauigkeit des Schnittes nicht für die geforderte Zeit ausreicht.
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Beispielsweise dann, wenn größere Flächen mit genauem Maß spanabhebend
zu bearbeiten sind und sich die Schneide trotz ausreichender Schärfe so abnutzt,
daß die Maßhaltigkeit der Werkstücke nicht gegeben ist.
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Die Vorteile, die sich beim Einsatz sich selbst schärfender Schneiden
ergeben, liegen auf der Hand.
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Es seien aus der Fülle nur einige genannt: Die Notwendigkeit des Schärfens
wird reduziert. Damit wird der Gebrauchswert der Schneidwerkzeuge wesentlich erhöht,
insbesondere dort, wo keine Nachschärfeinrichtungen vorhanden sind, wie im Haushalt,
in Industriezweigen, in denen keine Metallbearbeitung üblich ist, wie Lebensmittel,
Kunststoff, Papier usw.
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Die Standfestigkeit der Schneiden wird vergrößert, so daß der Arbeitsfluß
infolge unscharfer Schneiden nur selten unterbrochen werden muß.
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Die Schneiden werden billig, wenn man die gesteigerte Leistungsfdhigkeit
berUcksichtigt. Aber auch dadurch, daß man den Schneidenkeil aus billigerem und
leichter zu bearbeitendem Werkstoff herstellen kann, lassen sich erhebliche Ersparnisse
erzielen. So lassen sich in vielen Fallen teuere Hartmetallschneiden durch viel
billigere Stahl - Hartmetal I - oder Stahl - Keramik-Kombinationen ersetzen, wobei
sogar die Standzeit größer werden kann.
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Die für den Schneidvorgang aufzuwendenden Kräfte können dadurch geringer
werden, daß man einen kleinen Keilwinkel der Schneide anwenden kann.
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Die Art der Ausbildung der dünnen Schicht ist nicht von Belang. Wichtig
ist, daß sie im Vergleich zum Keilwerkstoff die efforderliche Härte, Festigkeit
und Verschleißfestigkeit hat0 Ist der Keilwerkstoff ein einsatzhärtbarer Stahl,
dann kann man eine dünne ensatzschicht erzeugen. Man kann eine Schicht aufdampfen,
galvanisch aufbringen, aufschweißen oder auf andere bekannte Art, wie Funkenentladung
erzeugen.