DE2605687A1

DE2605687A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von sandformen

Info

Publication number: DE2605687A1
Application number: DE19762605687
Authority: DE
Inventors: Shizuo Inoue; Yoshinobu Ohashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1976-08-26
Also published as: JPS5194418A; GB1532698A; DE2605687B2; PL100575B1; FR2301321B1; JPS538527B2; FR2301321A1; DE2605687C3

Description

VON KREISLER SCHÖ'NWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

AvK/Ax

5 KÖLN 1 11.2.76

DEICHiW.NNHAUS AM HAUPTÜAHNHOF

Kubota, Ltd., 22, Funade-cno 2-choiue, Naniwa-ku, Osaka (Japan).

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Sandformen

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Formen im allgemeinen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formen unter Verwendung von Sand im besonderen.

Aus Sand, z.B. Grünsand hergestellte Gießformen, die als Sandformen bezeichnet werden, werden heute in großem Umfange für die Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen oder Gußstahl verwendet. In Abhängigkeit von der Gestalt der Sandform kann sie zum Gießen von Teilen nicht nur mit anderen metallischen Werkstoffen als Gußeisen oder Gußstahl, sondern auch zum Gießen von Kunststoffen oder Kunstharzen verwendet werden.

In jedem Fall werden zum Metallguß allgemein.zwei Verfahren zur Herstellung der Sandform angewandt. Bei einem dieser Verfahren wird ein Urmodell verwendet, das ein Abbild eines gewünschten Gußstücks ist. Das Urmodell kann entweder aus zwei Formhälften bestehen oder ungeteilt ausgebildet sein. Wenn das Urmodell aus zwei Formhälften besteht, wird jede Formhälfte in einem Kasten abgestützt, der anschließend mit Sand ausgefüllt wird. Nachdem der

Telefon: (0221) 234541-4 · Telex: 603 2307 dopa d · Tulwjramm: Domputunt Köln 603835/0329

ORIGINAL INSPECTED

Sand erhärtet und die Modellhälfte aus dem Kasten mit dem darin befindlichen Sand entnommen worden ist, bleibt eine Formhälfte mit einem Formhohlraum zurück, der in Form .und Größe der zugehörigen Modellhälfte entspricht.

In Fällen, in denen das Urmodell ungeteilt ist (obwohl die Verwendung der ungeteilten Sandform in der Praxis begrenzt ist), wird das Urmodell in einem Kasten abgestützt, der anschließend mit Sand so gefüllt wird, daß er das Urmodell umhüllt und umgibt. Nachdem der Sand erhärtet ist, wird das Urmodell aus dem das Urmodell umgebenden Sand entfernt, wobei eine vollständige ungeteilte Sandform erhalten wird, oder der das Urmodell umgebende erhärtete Sand wird mit der erforderlichen Vorsicht und Sorgfalt in zwei Teile gebrochen, wobei entsprechende Formhälften erhalten werden.

Bei dem anderen Verfahren wird ein Urmodell verwendet, das vor dem Erhärten des Sandes im Kasten auf den Sand gelegt wird, während der nicht benötigte Teil des Sandes aus dem Kasten entfernt wird. Nachdem der Sand erhärtetist, bleibt eine Sandform zurück, deren Hohlraum in Gestalt und Größe dem Urmodell entspricht.

Diese beiden Verfahren haben die gemeinsamen Merkmale, daß ein Urmodell, das entweder ungeteilt ist oder aus zwei Modellhälften besteht, verwendet und Sand auf die Außenfläche des Urmodells vor dem vollständigen Erhärten des Sandes aufgebracht wird. Die beiden Verfahren haben daher auch gemeinsame Nachteile, auf die nachstehend eingegangen wird.

1) Da ein Urmodell notwendig ist, ist ein verhältnismäßig großer Aufwand an ^rbeit und Kosten für die Herstellung des Urmodells erforderlich. Ferner erfordert die Lagerung und Wartung des Urmodells für den späteren Gebrauch einen verhältnismäßig großen Lagerraum. Dieser Raum ist besonders groß, wenn Gußstücke oder Teile ver—

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schledener Typen und/oder Formen in verhältnismäßig kleinen Stückzahlen hergestellt werden sollen, weil Urmodelle in der gleichen Zahl wie die Zahl der Typen und/oder Formen der herzustellenden Gußstücke oder Teile vorrätig gehalten werden müssen. Wenn das Urmodell oder die Urmodelle verhältnismäßig groß sind, ergeben sich größere Schwierigkeiten in der Herstellung und Wartung. Ferner erfordert die Herstellung der Modelle eine verhältnismäßig große Anzahl von Facharbeitern, jedoch besteht in neuerer Zeit ein großer Facharbeitermangel.

2) Zwar ist eine Automatisierung der Herstellung von Sandformen unter Verwendung von Urmodellen leicht möglich,, wenn die Massenproduktion von Gußstücken oder Teilen von geringer Größe oder mittlerer Größe unter Verwendung dieser Sandformen beabsichtigt ist, jedoch läßt sich die Herstellung von Sandformen, die für die Herstellung von verhältnismäßig großen Gußstücken oder Teilen oder von Gußstücken oder Teilen verschiedener Typen und/oder Formen in verhältnismäßig kleinen Stückzahlen verwendet werden sollen, kaum automatisieren, so daß immer noch qualifizierte Facharbeiter, die kaum verfügbar sind, erforderlich sind. Unabhängig von der Verfügbarkeit von Facharbeitern ist, da die Automatisierung schwierig ist, bei der Herstellung von Sandformen, die für die Herstellung von verhältnismäßig großen Gußstücken oder Teilen oder von Gußstücken oder Teilen verschiedener Typen und/oder Formen in verhältnismäßig kleiner Stückzahl verwendet werden sollen, eine hohe Produktion nicht möglich, so daß sie unrentabel ist.

3) Insbesondere bei Anwendung des zweiten Verfahrens, bei dem Arbeiter in größerer Zahl als bei dem ersten Verfahren erforderlich sind, ist die Umgebung des Arbeitsplatzes so unangenehm, daß genügend Arbeitskräfte praktisch nicht erhältlich sind.

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4) Angesichts der Tatsache, daß bei Verwendung eines selbsthärtenden Sandes das Einfüllen und Aufbringen des Sandes beendet sein muß, bevor der Sand vollständig erhärtet ist, muß während der Herstellung der Sandform insofern mit größter Sorgfalt gearbeitet werden, als die Zeit, die zur Handhabung des selbsthärtenden Sandes erforderlich ist, auf die Zeit, die zum vollständigen Erhärten des Sandes erforderlich ist, abgestimmt werden muß und umgekehrt.

Wenn zur Sandform ein Kern oder Dorn gehört, der aus dem gleichen oder einem anderen Sand hergestellt werden kann, wurden die Sandform und der Kern oder Dorn bisher an verschiedenen Orten unter Verwendung gesonderter Geräte und Maschinen hergestellt. Die Herstellung von Sandformen mit Kern oder Dorn hat nicht nur ähnliche Nachteile, die vorstehend genannt wurden, sondern die Notwendigkeit von zwei getrennten Einrichtungen und Werkstätten ist weder wirtschaftlich noch annehmbar und führte zu erhöhten Herstellungskosten, die ihrerseits den Preis von Gußstücken beeinflussen, die unter Verwendung einer solchen Sandform mit Kern oder Dorn hergestellt werden.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gießformen für die Herstellung von Gußstücken oder Gußteilen. Dieses Verfahren kann automatisch unter Verwendung beliebiger bekannter programmgesteuerter oder numerisch gesteuerter Profiliermaschinen oder Kopiermaschinen durchgeführt werden, wodurch die Nachteile bekannter ähnlicher Verfahren im wesentlichen ausgeschaltet werden. Bei diesem Verfahren wird ein Formhohlraum in einem in einen Kasten gefüllten Sandblock mit einer Schneid- oder Fräsvorrichtung gebildet, die in Wirkverbindung mit der Profiliermaschine oder Kopiermaschine steht.

üas Verfahren genäß der Erfindung eignet sich zur Herstel-

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lung'verhältnismäßig großer Gußstücke der verschiedensten Art und/oder Form in verhältnismäßig kleinen Stückzahlen.

Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Bildung des Formhonlraums im Sandblock, wenn der in der Erhärtung aegriffene Sand eine als Druckfestigkeit ausgedrückte vorbestimmte Härte erreicht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann ohne Verwendung des ürmodells durchgeführt werden und erfordert praktisch Keine Facharbeiter und Ist praktisch nicht mit unangenehmen Betriebsbedingungen für die Arbeiter in der Fertigungshalle verbinden.

Die Erfindung umfasst ferner eine Schneid und Fräsvorrichtung, die vorteilhaft beim Verfahren zur Herstellung von Sandformen gemäß eier Erfindung eingesetzt werden kann und In tefirkverbindung Eilt der Profilier- und Kopiermaschine steht, wQcteirch das Formherstellungsverfahren gemäß eier Erfindung automatisch im wesentlichen ohne Bedarf an Facharbeitern durchgeführt werden kann,, und ohne daß die Umgebung des Arbeitsplatzes für die Arbeiter unangenehm beeinflußt wird.

Das erflndungsgertiäße Verfahren zur Herstellung von Sandformen 1st dadurch gekennzeichnet, daß ein Farirüianlrauin, dessen Gestalt der Form eines gewünschten Gußstücks entspricht, und in den ein geschmolzenes Metall oaer Kunstharz gegossen wird, um das Gußstück oder den Formkörper zu oilden, durch Aushöhlen eines in einen Kasten gefüllten Sandblocks mit Hilfe eines Schneid- oder Fräswerkzeugs _f das ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fällt, gebildet wird, uas hier beschriebene Schneid— oder Fräswerkzeug steht so In Wirkvernindung mit einer beliebigen bekannten Profilier- oder Kopierfräsmaschine, daß das rotierende Fräswerkzeug einer vorbestimmten Bewegungsbahn,, die den Umrissen des gewünschten Gußstücks entspricht,, folgt. k>ie vorbestimmte Bahn, auf der das Fräswerkzeug sich bewegt, während es eine Aushöhlung vornimmt, ist : durch ein an der Profiller- oder Kopierfräsmaschine eingestelltes Pragram bestimmt, das die Einzelheiten aer Formgestaltung des gewünschten Gußstücks beschreibt. Sie kann auch durch ein naturgetreues Modell oder Miniaturmodell, das in die Kopierfräsmaschine eingesetzt ist, Destimmt werden.

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Welches der Programme und der naturgetreuen Modelle oder Miniaturmodelle verwendet wird, hängt vom: Typ der zu. verwendenden Profiliermaschine ab.

Das Aushöhlen oder Ausheben wird durchgeführt _F wenn der in der Härtung begriffene Sandblock im Kasten eine als

Druckfestigkeit ausgedrückte vorbestimmte Härte erreicht,

2 die im Bereich von 2 bis 10 kg/cm , vorzugsweise 2 bis

2
5 kg/cm liegt. Unter der Annahme, daß der als Druck—

2
festigkeit von 5 kg/cm ausgedrückte tolderstaneJ _f den der Sandblock dent Fräswerkzeug bietet, das zum Aushöhlen des Sandblocks verwendet wird,, 1 beträgt, hat eine Reihe von Versuchen, die von der Anmelderin durchgeführt wurden, ergeben, daß ein Sandblock mit einer Druckfestigkeit von

2
9 kg/cm der Fräsvorrichtung während des Aushöhlens einen-Widerstand von 2,5 bietet. Dies bedeutet, daß bei hohem Widerstand, den der auszuhöhlende Sandblacfc dem Fräswerkzeug bietet, das letztere eine entsprechend hohe Leistung haben muß, die ihrerseits einen hohen Energieverbrauch zur Folge hat. Zwar kann das Aushöhlen mit dem Fräswerkzeug gemäß der Erfindung auch dann einwandfrei, erfolgen, wenn die Druckfestigkeit des Sandblocks zur Zeit des Aus—

2 höhlens im Bereich von 2 bis IO kg/cm liegt, jedoch wird

2
ein Bereich von 2 bis 5 kg/cm bevorzugt.

Das Fortnherstel längsverfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß in Fällen, In denen Sandformen mit einem Kern oder Dorn hergestellt werden sollen, nur eine einzige Fertigungsstelle erforderlich ist. E-EIt anderen Worten, die Form und der Kern müssen nicht getrennt hergestellt werden, vielmehr kann der Kern während des Ablaufs der Herstellung der vollständigen Sandform hergestellt werden«

Die Schneid— oder Fräsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus wenigstens einer Hesserbaugruppe mit einer im wesentlichen umgekehrten Γ—Farm und einem Messerhalter, ι an dessen einem Ende die Kesserbaugruppe befestigt Ist, und dessen anderes Ende starr mit einem beweglichen Rahmen verbunden ist, der einen Teil der ProfiHer— und Kopiermaschine bildet oder in anderer Weise In Wirkverbindung mit dieser steht. Der Werkzeuahalter kann auch ein

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beweglicher Arm der Profilier— und Kopiermaschine sein, der gemäß dem Programm oder dem in die Profiliermaschine eingesetzten naturgetreuen Modell oder Miniaturmodell betätigt wird. Die Messerbaugruppe wird in einer Richtung mit Hilfe eines Kraftübertragungssystems gedreht, das seinerseits durch einen Antriebsmechanismus betätigt wird. Das Kraftübertragungssystem kann aus einem im wesentlichen endlosen Band oder einer endlosen Kette oder einer Gruppe von Zahnrädern bestehen, während als Antriebsmechanismus ein Verbrennungsmotor oder Elektromotor geeignet ist. Die Messerbaugruppe kann auch so ausgebildet sein, daß sie von einem Antriebsmechanismus, der in die Profiliermaschine eingebaut ist, angetrieben wird.

Die Messerbaugruppe kann ferner mit einem Durchgang versehen sein, durch den ein flüssiges Bindemittel oder ein Härtemittel der Oberfläche des auszuhöhlenden Sandblocks zugeführt wird, oder durch den von der Oberfläche des Blocks abgetragener Sand aus der Vertiefung oder Ausnehmung, die schließlich den Formhohlraum bildet, abgesaugt wird. Die Messerbaugruppe kann auch sowohl mit einem Durchgang für die Zuführung des flüssigen Bindemittels oder Härtemittels als auch mit einem Durchgang zum Ausstoß des abgetragenen Sandes versehen sein.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Abbildungen erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht scheniatisch den Ablauf des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung von Sandformen.

Fig.2 zeigt schematisch· und perspektivisch eine rotierende Schneid- und Fräsvorrichtung gemäß der Erfindung. ,

Fig.3 zeigt perspektivisch im vergrößerten Maßstab ein Fräswerkzeug, das in der in Fig.2 dargestellten rotierenden Schneid- und Fräsvorrichtung verwendet wird.

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Fig.4 zeigt als Seitenansicht ein modifiziertes Schneid- und Fräswerkzeug.

Es ist zu bemerken, daß das Verfahren gemäß der Erfindung nachstehend insbesondere unter Bezugnahme auf Fig.l an Hand eines Beispiels beschrieben wird, das die Herstellung einer Sandform betrifft, die sich zur Herstellung eines gewünschten Gußstücks in Form eines massiven Zylinders, dessen Durchmesser an einem Ende vergrößert ist, oder eines zylindrischen Rohres eignet, das an einem Ende mit einer radial nach außen ausgeweiteten Muffe zur Verbindung mit einem weiteren zylindrischen Rohr versehen ist. Es ist ferner zu bemerken, daß, soweit es sich um das vorstehend genannte, dargestellte und beschriebene Beispiel handelt, die Sandformengruppe aus zwei Formhälften mit dem gleichen Aufbau besteht, obwohl dies aus dem nachstehend dargelegten Grunde nicht immer der Fall ist. Der Einfachheit halter ist jedoch in allen Abbildungen nur eine Formeinheit oder Formhälfte der Gesamtform dargestellt.

Die in Fig.l dargestellten Stufen A bis E sind zur Herstellung einer Formhälfte erforderlich, die für die Herstellung eines massiven Zylinders mit vergrößertem Durchmesser an einem Ende dient, während die Stufen Λ bis L zur Herstellung einer Formeinheit oder Formhälfte erforderlich sind, die für die Herstellung des zylindrischen Ronres, das an einem Ende eine radial nach außen ausgeweitete .-luff e aufweist, verwendet */ird. Dies gilt insbesondere aber nicht ausschließlich, wenn der massive Zylinder die gleiche oder eine ähnliche Form .und Größe wie sie der innere Hohlraum des zylindrischen Konres aufweist, hat.

Wie Fig.l zeigt, wird zunächst ein selbsthärtender Sand 10, z.B. ein beliebiges bekanntes Gemisch von Sand und Bindemittel, in einen im wesentlichen kastenförmigen Formmantel 11 gefüllt. Eine der Seitenwände des Formkastens 11

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ist weggelassen, um zu veranschaulichen, wie der Formhohlraum darin gebildet wird. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der Sand 10 zum Zeitpunkt des Einfüllens in den Formkasten 11 so locker, daß ein Aufsatz oder Rahmen 11a erforderlich ist, um zu verhindern, daß ein Teil des Sandes 10 oberhalb der Höhe der öffnung des Formkasten 11 aus diesem herausfließt. Der Aufsatz lla ist nicht immer erforderlich, wenn der Formkasten 11 eine genügende Höhe hat.

Der Sand 10 im Formkasten 11 wird anschließend nach einem geeigneten Verfahren gestampft, um einen gestampften Sandblock 10a, wie er in Fig.l (B) dargestellt ist, zu bilden. Wenn der Aufsatzrahmen lla verwendet wird, kann er von der Oberseite des Formkastens 11 entfernt werden, nachdem der Sandblock 10a gebildet worden ist. Der gestampfte Sandblock 10a im Formkasten 11 wird anschließend der Härtung überlassen, bis seine Druckfestigkeit einen

2 vorbestimmten Wert im Bereich von 2 bis 10 kg/cm ,/er-

reicht hat. vorzugsweise 2-5 kg/cm

Wie Fig.l (C) zeigt, besteht die nächste Stufe darin, in dem im wesentlichen halb gehärteten Sandblock lla mit einem Schneid- oder Fräswerkzeug, das allgemein bei 20 angedeutet ist, eine Vertiefung zu bilden. Auf die Einzelheiten des Fräswerkzeugs 20 und das Verfahren zum Ausheben des Sandes mit dem Werkzeug wird nachstehend ausführlicher eingegangen. Es ist jedoch zu bemerken, daß nur ein Vorschub des Fräswerkzeugs 20 über den Sandblock 10a in Richtung des Aushubs genügt, um einen Formhohlraum 12 zu bilden. In Abhängigkeit von der Art der.Profiliermaschine, die in Verbindung mit dem Fräswerkzeug 20 verwendet wird, kann jedoch das Fräswerkzeug 20 mehrmals über den Sandblock 10a geführt v/erden, bis der Formhohlraum 12 mit der gewünschten oder erforderlichen Größe im Sandblock 10a gebildet worden ist. In diesem Fall muß das Fräswerkzeug 20 zu Beginn jedes Vorschubes stufenweise

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dicht über den Sandblock 10a geführt werden.

Auf die geformte Wandoberfläche des Sandblocks 10a, die den Formhohlraum 12 bildet, der in der Form einer der Längshälften des gewünschten Gußstücks, d.h.des massiven Zylinders entspricht, wird dann ein überzug aus einem Trennmittel aufgebracht. Der Auftrag des Trennmittels kann nach beliebigen bekannten und geeigneten Verfahren, z.B. mit der in Fig.l (D) dargestellten Spritzpistole 13 erfolgen.

Wenn die gewünschte Form keinen Kern oder Dorn aufweist und für die Herstellung beispielsweise des oben beschriebenen massiven Zylinders verwendet werden soll, kann auf das in Fig.l(D) dargestellte Aufspritzen des Trennmittels verzichtet werden. Wenn in diesem Fall die Formhälfte, in der die geformte Wandoberfläche des Formhohlraums 12 nicht mit dem überzug des Trennmittels versehen ist, mit der in der gleichen Weise ausgebildeten anderen Formhälfte so verklammert wird, daß der Formhohlraum 12 in einer Formhälfte dem Formhohlraum in der anderen Formhälfte deckungsgleich gegenüberliegt, ist die Gesamtform bereit für den Abguß des massiven Zylinders.

Wenn dagegen mit der Sandform beispielsweise das oben beschriebene zylindrische Rohr hergestellt werden soll und daher ein Kern vorhanden ist, der schließlich den Hohlraum des zylindrischen Rohres bildet, wird in den in Fig.l(E) dargestellten Hohlraum 12 im Sandblock 10a, in den, wie in Fig.l(D) dargestellt, das Trennmittel gesprüht worden ist, eine Sandmasse 14, die die gleiche. Zusammensetzung wie der Sand 10 haben kann, gefüllt, wie in Fig.l(F) dargestellt. Der in den Formhohlraum 12 gefüllte Sand 14 wird anschließend, wie in Fig.l(G) dargestellt, mit einer Stampfplatte 15 oder einem beliebigen anderen geeigneten Stampfwerkzeug gestampft, wobei ein Sandblock 14a gebildet wird, der im Formhohlraum 12 im Sandblock 10a liegt, wie in Fig.l(H) dargestellt.

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Es ist zu bemerken, daß der Sandblock 14a die geformte Wandobe'rflache des Formhohlraums 12 im Sandblock 10a über den Überzug des in der Stufe (D) aufgebrachten Trennmittels berührt und in Form und Größe den Längshälften des Hohlraums des zylindrischen Rohres entspricht, das hergestellt werden soll.

Der gestampfte Sandblock 14a, der schließlich als eine der Längshälften des Kerns in der Gesamtform verwendet werden soll und noch im Formhohlraum 12 liegt, wie in Fig.l (H) dargestellt, wird anschließend vom Sandblock 10a abgehoben und von der geformten Wandoberflache des Formhohlraums 12 getrennt. Die Trennung des gestampften Sandblocks 14a von der Wandoberfläche des Sandblocks 10a wird durch die Anwesenheit des oben beschriebenen Trennmittelüberzuges erleichtert. Der Sandblock 14a, der nach dem Abheben vom Sandblock 10a eine der Hälften des Kerns bildet, wird vorübergehend abgelegt, und der Sandblock 10a, aus dem der Sandblock 14a abgehoben worden ist, wird erneut einer ähnlichen Aushöhloperation unterworfen, wie sie in Fig.l (J) dargestellt ist.

Das Ausheben des Sandes in der in Fig.l(J) dargestellten Stufe ist im wesentlichen identisch mit der in Fig.l (C) dargestellten Stufe. Während des Aushebens in der in Fig.l (J) dargestellten Stufe wird jedoch das Fräswerkzeug 20 so betätigt, daß es den Formhohlraum 12 bis zu einer zusätzlichen Tiefe aushebt, die der Wandstärke des gewünschten zylindrischen Rohres entspricht oder dieser im wesentlichen gleich ist, d.h. es wird zusätzlich der Unterschied zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser des zylindrischen Rohres ausgehoben.

Wie später ausführlicher erläutert werden wird, besteht das Fräswerkzeug aus wenigstens einem rotierenden Messer, das im wesentlichen eine umgekehrte T-Form aufweist und aus einem Schaft und einem Messer besteht, das sich im wesentlichen im rechten Winkel zum Schaft erstreckt. Ein

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Ende des Schaftes ist starr mit dem Messer verbunden oder mit diesem in einem Stück ausgebildet, und das andere Ende ist drehbar und abnehmbar am Werkzeughalter befestigt. Es ist somit offensichtlich, daß es zur Verwendung des gleichen Fräswerkzeugs 20 zum Aushöhlen von Formhohlräumen mit unterschiedlichem Krümmungsradius lediglich erforderlich ist, eine Messerbaugruppe durch eine andere Messerbaugruppe zu ersetzen, die eine andere Schaftlänge, z.B. eine größere Schaftlänge hat als die vorher verwendete Messerbaugruppe. So muß die Länge des Schafts des in der in Fig.l (C) dargestellten Stufe verwendeten Fräswerkzeugs um ein Stück, das der Dicke der Wand des gewünschten zylindrischen Rohres entspricht, kürzer sein als der Schaft des Fräswerkzeugs, das in der in Fig.l(J) dargestellten Stufe verwendet wird.

In der Praxis kann das Auswechseln eines Fräswerkzeugs gegen ein anderes als unerwünscht oder kompliziert ange-'sehen werden. Um dies zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung der Schaft des Frä'swerkzeugs längenverstellbar ausgebildet. Hierauf wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig.4 eingegangen.

Wie Fig.l(K) zeigt, wird nach Beendigung der in Fig.l(J) dargestellten Aushubstufe ein Sandblock 10a erhalten, dessen Formhohlraum 12a einen größeren Krümmungsradius hat als der Formhohlraum 12. Der in Fig.l(K) dargestellte Sandblock mit Formkasten wird anschließend stehen gelassen, bis der Sandblock 12a die endgültige maximale Druckfestigkeit erreicht hat, die wesentlich höher ist als die Druckfestigkeit des Sandblocks 10a zum Zeitpunkt des Beginns der in Fig.l(C) dargestellten Stufe, insbesondere die Druckfestigkeit während der in Fig.l (C) dargestellten Stufe bis zu der in Fig.KJ) dargestellten Stufe. Es ist zu bemerken, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sandblock 10a bei der in Fig.l (K) dargestellten Anordnung bis zur maximalen Druckfestigkeit gehärtet ist, der, wie

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beschrieben, vorübergehend beiseite gelegte Sandblock 14a für die Kernhälfte ebenfalls bis zu seiner endgültigen maximalen Druckfestigkeit erhärtet ist.

Wie Fig.l(L) zeigt, wird der Sandblock 14a für die Kernhälfte im Formhohlraum 12a in der in Fig.l(K) dargestellten Baugruppe angeordnet und auf den Formhohlraum 12a ausgerichtet. Um jede mögliche Verschiebung des Sandblocks 14a für die Kernhälfte im Formhohlraum 12a zu vermeiden, der nunmehr in Form und Größe einer der Längshälften des zu gießenden gewünschten zylindrischen Rohres entspricht, kann man eine oder beide Enden des Sandblocks 14a für die Kernhälfte in der in Fig.l(L) dargestellten Weise unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Bindemittels mit dem Sandblock 10a verbinden.

Es ist offensichtlich, daß die vollständige Form zum Gießen des gewünschten zylindrischen Rohres erhalten werden kann, wenn eine Formhälfte, die in der in Fig.l (L) dargestellten Weise ausgebildet ist, mit einer zweiten Formhälfte, die in der gleichen Weise ausgebildet ist, verklammert oder in anderer Weise verbunden wird, wobei die Kernhälften 14a einen massiven Zylinder bilden, der in Form und Größe dem inneren Hohlraum des gewünschten zylindrischen Rohres entspricht.

In der vorstehenden Beschreibung wurde erwähnt, daß das Aushöhlen erst vorgenommen wird, wenn die Druckfestigkeit des in der Erhärtung begriffenen Sandblocks 10a einen

2 Wert im Bereich von 2 bis 10 kg/cm erreicht hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Körnung des verwendeten Sandes im Bereich von 200 bis 400u (oder Nr^6 bis 7 der japanischen Industrienorm) liegt. In diesem Fall kann eine glatte Wandfläche im Formhohlraum erhalten werden, ohne daß eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich ist.

Als Beispiel eines Sandes 10 ist ein Gemisch von Silicasand einer Korngröße von etwa 30Ou mit Natriumsilicat

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in einer Menge von 7% und Natriumchlorat in einer Menge von 2,7% zu nennen. Bei Verwendung eines Sandes der vorstehend genannten Zusammensetzung wurde festgestellt, daß der Arbeitsgang des Aushebens des Formhohlraums etwa 24 Stünden nach dem Kneten und Einfüllen in den Formkasten vorgenommen werden kann. Ferner wurde festgestellt, daß mit dem Sand der genannten Zusammensetzung eine

Druckfestigkeit von etwa 20 kg/cm zum Zeitpunkt der Beendigung des Härteprozesses erreicht werden kann.

Es wurde außerdem gefunden, daß auch mit dem Sand, der einen modifizierten Portlandzement ("Jet Cement", Hersteller Onoda Cement Mfg.Co.) in einer Menge von 8%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sandes,enthält, eine

Druckfestigkeit von etwa 20 kg/cm zum Zeitpunkt der Beendigung des Prozesses des Erhärtens erreichbar ist.

Für die Herstellung von Sandformen gemäß der Erfindung können Sande, die nicht die Fähigkeit des Selbsthärtens haben, verwendet werden. In diesem Fall kann es notwendig sein, eine Zementierungsflüssigkeit oder auch ein flüssiges Bindemittel auf die Oberfläche des Formhohlraums aufzubringen. Bei dem Fräswerkzeug gemäß der Erfindung kann die Aufbringung des flüssigen Bindemittels auf die geformte Wandoberfläche des Formhohlraums 12 und/oder 12a gleichzeitig während des Aushebens des Sandes erfolgen. Zu diesem Zweck wird, wie nachstehend erläutert werden wird, in der Messerbaugruppe des Fräswerkzeugs ein Durchgang für die Zuführung des flüssigen Bindemittels vorgesehen.

In der vorstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Sandform aus zwei Formhälften besteht, wobei eine dieser Formhälften beschrieben wurde. Es ist jedoch für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß in Abhängigkeit von der Form und vom Typ des zu gießenden gewünschten Gußstücks eine einteilige Form genügen kann.

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Es ist ferner zu bemerken, daß während der in Fig.l(G) dargestellten Stufe die Stampfplatte 15 wiederholt unter der Einwirkung von hohem Druck beispielsweise mit Hilfe eines mit einem Fluid betätigten Zylinders oder Druckkolbens gegen den Sand gestoßen werden kann, um den in den Formkasten 12 gefüllten Sand 14 festzustampfen.

Das in Fig.2 dargestellte Fräswerkzeug ist mit drei Messern versehen, die von einer gemeinsamen Nabe 21, die drehbar in der Halterung 22 mit der nachstehend beschriebenen Konstruktion gelagert sind, radial nach außen ragen. Es ist ferner zu bemerken, daß das in Fig.2 dargestellte Fräswerkzeug 20 so betätigt wird, daß es eine gekrümmte Rinne 30 mit im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt in einem gestampften Sandblock 40 (entsprechend dem Sandblock 10a in Fig.l) aushebt. Diese gekrümmte Rinne 30 dient schließlich als Formhohlraum, in den geschmolzenes Material während des Gießens gegossen wird.

Die Halterung 22 besteht aus zwei Haltearmen, von denen nur einer (23) dargestellt ist, weil der andere Haltearm hinter dem dargestellten Arm liegt. Die Haltearme erstrecken sich senkrecht nach unten von einem Rahmen aus, der einen Teil einer beliebigen bekannten (nicht dargestellten) Profilier- oder Kopierfräsmaschine bildet oder in anderer V/eise in Wirkverbindung damit steht. Wie bereits erwähnt, ist diese Halterung 22 gemäß dem Programm oder dem in die Profiliermaschine eingesetzten naturgetreuen Modell oder Miniaturmodell beweglich.

Am unteren Ende der Tragkonstruktion 22 und zwischen den Armen 23 ist die Nabe 21, die zwei gegenüberliegende Vorsprünge 21a aufweist, die sich senkrecht zur Ebene der N_abe 21 erstrecken, drehbar gelagert, wobei die Vorsprünge 21a sich in den jeweiligen Armen 23 drehen.

Jedes Messer besteht aus einem Schaft 24 und einem Schneidelement 25. Der Schaft 24 ist an einem Ende starr mit der

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Nabe 21 verbunden oder in anderer Weise in einem Stück mit ihr ausgebildet. Das andere Ende ist starr mit dem Schneidelement 25 verbunden oder in einem Stück damit ausgebildet. V/ie am besten aus Fig.3 ersichtlich, hat das Schneidelement 25 im wesentlichen die Form eines langgestreckten Stabes mit rechteckigem Querschnitt. Es ist so ausgebildet, daß wenigstens eine der gegenüberliegenden Flächen des Körpers des Schneidelements 25, die während des Betriebs mit der geformten Wandoberflache des Formhohlraums 30 in Berührung ist und der Verbindung zwischen Schneidelement und Schaft 24 abgewandt ist, d.h. die mit 25a bezeichnete Außenseite, so gekrümmt ist, daß sie eine Krümmung eines Teils des Kreises aufweist, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse der Nabe 21 zusammenfällt. Die andere Seite des Körpers des Schneidelements 25, d.h. die Seite, an die der Schaft 24 sich anschließt, kann gerade oder in der dargestellten Weise entsprechend gekrümmt sein.

Eines der gegenüberliegenden Enden des Schneidelements 25, das sich an der Vorderseite, bezogen auf die durch den Pfeil angedeutete Drehrichtung des Messers, befindet, ist so geformt, daß eine Schneide 25b gebildet wird. Zu diesem Zweck ist ein Teil der an die Schneide 25b angrenzenden Außenseite 25a scharfwinklig im wesentlichen radial einwärts gekrümmt, wie bei 25c dargestellt, wobei er von üen. Kreis, den aic Außenfläche 25a des Körpers des Schneidelements 25 bildet, divergiert. Es ist zu bemerken, daß der Divergenzabstand, der als der Abstand von der Spitze der Schneide 25b zum Schnittpunkt zwischen der gedachten Linie, die vom Drehpunkt durch die Spitze der Schneide 25b verläuft, und dem gedachten Kreis, der durch die Außenseite 25a gebildet wird, definiert wird, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 mm liegt.

Die Länge des Schneidelements 25 wird so gewählt, daß es sich über einen Winkel Θ¹ von 1ü bis 15° erstreckt, während der !eil des Schneiuelements zwischen der Spitze

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der Schneide 25b und dem Punkt, an dem die Längsacnse des Schafts 2 4 die Längsachse des Körpers aes Schneidelements 2b schneidet, sich üüer einen Winkel θ von b bis 1u° erstrecKC.

Während alle Schneidelemente 25 der jeweiligen Messer in der oben beschriebenen Weise ausgebildet sind, sind die von der gemeinsamen Nabe 21 radial nach außen verlaufenden Schäfte 24 dieser Messer vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander um die Nabe 21 angeordnet.

Während des Betriebs wird die Nabe 21 von einem (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus angetrieben, der an der Tragkonstruktion 22 so befestigt sein kann, daß die Messer in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung gedreht werden, wodurch der Aushub in der vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf Fig.l beschriebenen V/eise erfolgt.

Während des Aushebens des Sandes entfernt die Schneide 25b jedes Schneidelements 25 den nicht benötigten Sand unter Bildung der geformten Wandoberfläche des Formhohlraums 30 im Sandblock 40, während die gekrümmte Außenseite 25a dazu dient, den Sand fest anzupressen, während sie in Reibungskontakt mit einem ständig neuen Teil der Wandoberfläche des Formhohlraums 30 gehalten wird, wodurch die geformte Wandoberfläche- des Formhohlraums 30 gut geglättet wird. Dies ist möglich, weil, wie vorstehend in Verbindung mit dem Divergenzabstand beschrieben, die Schneide 25b von der Ebene der gekrümmten Außenseite 25a divergiert. Mit anderen Worten, die aufeinanderfolgenden Teile der Wandoberflache des Formhohlraums 30 im Sandblock 40, die in Reibungskontakt mit der Außenfläche 25a des Schneidelements 25 jedes Messers in Berührung kommen, werden radial auswärts um eine Strecke zusammengepreßt, die dem oben definierten Divergenzabstand entspricht.

Wenn ein Härtemittel, z.B. ein flüssiges Bindemittel oder ein flüssiges Klebemittel, auf die geformte Wandoberfläche

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des Forrnhohlraums 30 aufgebracht werden soll, kann ein Flüssigkeitsdurchlass in jedem Messer 25 ausgebildet werden, wie arn besten in Fig.4 dargestellt. Bei dem in Fig.4 als Beispiel dargestellten Fall verläuft der bei 50 angedeutete Flüssigkeitsdurchlass innerhalb des Schneidelements 25, wobei ein Ende an einem Teil der gekrümmten Außenseite 25a angrenzend an die scharfwinklig gekrümmte Fläche 25c mündet.

Bei den in Fig.2 und Fig.3 dargestellten Messerkonstruktionen ist die Nabe 21 vorzugsweise drehbar und abnehmbar an der Tragkonstruktion 22 befestigt, um das Auswechseln einer Messereinheit gegen eine andere Einheit zu erleichtern. Es ist auch möglich, daß jeder Schaft 24 der Messer längenverstellbar ausgebildet wird, wie in Fig.4 dargestellt, auf die nachstehend Bezug genommen wird.

Das in Fig. 4 dargestellte Messer 25 ist mit einem Zapfen 24a versehen, der sich vom Schneidelement 25 erstreckt und einziehbar und ausziehbar in einem Schaftteil 24b, der an der Nabe 21 angesetzt ist (Fig. 2), verschiebbar ist. Um eine mögliche Trennung des Zapfens 24a und damit aas Schneidelements 2 5 vom Schaftteil 2 4b zu vermeiden, ist eine (nicht dargestellte) Feststellschraube verstellbar im Schaftteil 24d vorgesehen.

Wenn der Divergenzabstand, der Winkel θ und der Winkel θ¹, die sämtlich jeder Messerbaugruppe der in Fig. 4 dargestellten Konstruktion zugeordnet sind, von den jeweils festgelegten Bereichen abweichen, wenn das zugehörige Messer 25 vom Schaftteil 24b radial auswärts ausgezogen wird, ist das Auswechseln einer Einheit der Messerbaugruppen gegen eine andere Einheit zu empfehlen.

In der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, daß der Durchgang zur Zuführung der sandhärtenden Flüssigkeit dient. Es ist jedoch auch möglich, diesen Durchgang an

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eine Vakuumquelle anzuschließen, um den Sand, der vom Sandblock 40 zur Ausbildung der geformten IJandoberflache des Formhohlraums abgeschabt worden ist, abzusaugen.

Das Schneid- und Fräswerkzeug mit der vorstehend ausführlich beschriebenen Konstruktion eignet sich besonders zur Ausbildung von Formhohlräumen mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt.

Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, jedoch sind zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise ist das Schneidelement 25 nicht immer auf eine rechtwinklige Querschnittsfläche beschränkt, vielmehr kann die Querschnittsfläche quadratisch oder in beliebiger anderer Vveise ausgebildet sein, vorausgesetzt, daß die Außenseite 25a flach ist. Ferner kann sowohl ein Durchgang für die Zuführung der sandhärtenden Flüssigkeit als auch ein Durchgang zum Absaugen von Sand in jedem Messer vorhanden sein.

Ferner kann die Nabe 21, für die vorstehend drei Messerbaugruppen angegeben wurden, mit einer, zwei oder mehr als drei Messerbaugruppen versehen sein. Wenn außerdem die Nabe 21 mit mehreren Schäften versehen ist, muß nicht an jedem Schaft ein Messer befestigt sein. So kann ein Schaft mit einem Messer versehen sein und auf diesen Schaft in Drehrichtung ein Schaft folgen, an dem ein Anpreßglied befestigt ist, das in der Funktion der gekrümmten Außenseite 25a entspricht.

Das Schneid- und Fräswerkzeug wurde vorstehend im Zusammenhang mit rotierenden'Messerbaugruppen beschrieben, jedoch kann es einfach ein oder mehrere Schneid- und Fräs— werkzeuge aufweisen, die mit der Profilier- und Kopiermaschine für lineare Bewegung in Wirkverbindung stehen. Die Schneid- und Fräswerkzeuge müssen in diesem Fall nicht

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die beschriebene und dargestellte üandtierform haben und können zum Ausheben einer Rinne mit im v/esentlicneii eckigem Querschnitt, z.B. quadratischem oaer rechteckigem Querschnitt dienen.

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Claims

2505687 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Sandformen, die sich zur Herstellung von Gußstücken durch Gießen von geschmolzenem Metall oder geschmolzenem synthetischem Harz in einen Formhohlraum eignen, dadurch gekennzeichnet, daß ^man

a) Sand in einen Formkasten füllt,

b) den Sand im Formkasten unter Bildung eines Sandblocks stampft und

c) den Sandblock zur Bildung ae-s Formnonlraums unter Verwendung eines Schneid- und Fräswerkzeugs ausnönlt, das mit einer Profilier- oder Kopiermascnine in Wirkverbindung steht und aus einer Tragkonstruktion und wenigstens einer an der Tragkonstruktion arehuar befestigten Messerbaugruppe besteht, die, während sie den Sandblock aushöhlt, gemäß einem vorbestimmten Programm, das in der Profilier- una Kopiermaschine eingestellt ist und das Profil aes gewünschten Gußstücks vorschreibt, bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, üaß das Ausheben des Sandes vorgenommen wird, wenn der Sandblock auf eine Druckfestigkeit von 2 bis 10 kg/cm , vorzugsweise von δ bis 5 kg/cm ernärtet ist.

3. Verfahren zur herstellung von Sanaformen, die sicn zur Herstellung von Gußstücken durch Gießen von geschmolze-' nem i4etall oder geschmolzenem Kunstharz in einen mit Kern versehenen Formhonlraum eignen, dadurch geKennzeicnnet, daß man

a) Sand in einen Formkasten füllt,

b) die Sandmasse im Formkasten zu einem Sandblock stampft:,

c) den Sandblock zur Bildung einer in Form und Größe dem¹ Kern entsprechenden Vertiefung mit Hilfe eines Schneid- und Fräswerkzeugs aushöhlt, das mit einer

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Profilier- oder Kopiermascniiie in vvirkverbindung steht und aus einer Tragkonstruktion und wenigstens einer an der Tragkonstruktion drehbar oefestigten j-'iesserbaugruppe besteht, die, wänrend sie den Sand-.block aushöhlt, gemäß einem vorbestimmten Programm, das in der Profilier- und Kopiermaschine eingestellt ist und das Profil des gewünschten Gußstücks vorschreibt, bewegt wird,

d) ein Trennmittel auf die den Hohlraum im Sandülock bildende Wandoberfläche aufbringt und hierbei einen Trennmittelüberzug bildet,

e) eine weitere Sandmasse in den Hohlraum füllt,

f) diese weitere Sandmasse im Hohlraum stampft und hierdurch einen weiteren Sandblock bildet, der schließlich den Kern darstellt,

g) den zweiten Sandblock aus dem Hohlraum im Sandblock abhebt und für den späteren Gebrauch vorübergehend beiseite legt,

h) den Hohlraum im Sandblock mit Hilfe aes gleichen Schneid- und Fräswerkzeugs im wesentlichen in der : gleichen Weise wie beim ersten Aushöhlen so vertieft, daß ein Formhohlraum gebildet wird, der in Form und Größe dem gewünschten Gußstück entspricht, und

i) den zweiten Sandblock im Formhonlraum so festlegt, daß die vollständige Sandform erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausneben des Sandes in der ersten und zweiten Stufe vornimmt, wenn die Druckfestigkeit aes Sandblocks ' im Formkasten im Bereich von 2 bis 10 kg/cm , vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5 kg/cm liegt. !

5. Schneid- und Fräswerkzeug für die Herstellung von Sandformen mit einem Formhonlraum, gekennzeichnet durch

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eine Tragkonstruktion (22, 23), die mit einer Profilier- und Kopiermaschine zur Bewegung oberhalb eines Sandblocks (40), der schließlich die Sandform bildet, längs einer vorbestimmten Bahn gemäß einem in der Profilierund Kopiermaschine eingestellten Programm in Wirkverbindung steht, und wenigstens einer an der Tragkonstruktion befestigten Messerbaugruppe, die durch einen Antriebsmechanismus in einer Richtung angetrieben wird.

6. Schneid- und Fräswerkzeug nach Ansprucn !3, gekennzeichnet durch eine Nabe (21), mit deren Hilfe die Messerbaugruppe drehbar an der Tragkonstruktion (22, A3) befestigt ist, ein Messer (25) und Bauteile, die das Messer (25) mit der Nabe (21) Verbinden, wobei ein Ende des Messers (25) als Schneide (25b) ausgebildet ist.

7. Schneid- und Fräswerkzeug nach Anspruch 5 und b, dadurch gekennzeichnet, daß das verbindende Bauteil aus einem Schaft (24) besteht, der an einem Ende mit der Nabe (21) und am anderen Ende mit dem Messer (25) starr verbunden ist, und das Messer (25), bezogen auf die Drehachse der •lesserbaugruppe, sich über einen Winkel von 10 bis 15° erstreckt, während ein Teil des Messers (25) zwischen der Schneide (25b) und dem Punkt, an dem die Längsachse des Schafts (24) die Längsachse des Messers (25) schneidet, sich über einen Winkel von 5 bis 1o° erstreckt.

8. Schneid- und Fräswerkzeug nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Bauteile aus einem Schaft (24), der sich von der Nabe (21) aus erstreckt, und einem Stutzen (24a) bestehen, der sich vom Messer (25) erstreckt und verstellbar in den Schaft (24b) verschiebbar ist, unu das Messer (2d), bezogen auf uie Drehachse der Messerbaugruppe, sich über einen Winkel j von 10 bis 15° erstreckt, während ein Teil des Messers ; zwischen der Schneide (25b) und dem Punkt, an dem die '

i Längsachse des Schafts (24b) und des Stutzens (24a) aie

Längsachse des Messers (25) im wesentlichen schneidet,

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sich über einen Winkel von 5 bis 10° erstreckt.

Schneid- und Fräswerkzeug nach Anspruch 5 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das .-iesser (25) eine die vVandf lache der Form berührende gekrümmte Fläche (25a) aufweist und die Schneide (25b) in einem Abstand von 1 bis 5 mm von üer Ebene der gekrümmten Fläche (25a) angeordnet ist, wobei eier Abstand zwischen der Spitze der Schneide (25b) und dem Punkt gemessen ist, an aera die gedachte Linie vom Drehpunkt der «-lesserbaugruppe durch die Spitze eier Schneide (25b) die Ebene der gekrümmten Fläcne (25a) scnneidet.

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L e e r s e i t e