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Maschine zum Durchschneiden oder zum Machen einer Nute
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in die Oberfläche eines querprofilierten Werkstückes stückes Die
Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Durchschneiden oder zum Machen einer
Nute in die Oberfläche eines Werkstückes mit einem Querschnitt in der Form eines
fließend und/oder eckig gebogenen Streifens oder einem Querschnitt, von dem nur
der Umriß örtlich fließend oder eckig gebogen ist, in einer Richtung quer oder schräg
zur Längsachse des Werkstückes mittels eines drehenden, zerspanenden Werkzeuges,
z. B. einer Kreissäge, einer Schleifscheibe oder einer Fräse, welche Maschine einen
festen Tisch, Mittel zum Antreiben des Werkzeuges, einen in Bezug auf den Tisch
bewegbar angeordneten drehbaren Halter für das Werkzeug, sowie Mittel für die relative
Bewegung des Werkzeuges und des Werkstückes aufweist.
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Obwohl die Maschine nach der Erfindung für die Bearbeitung querprofilierter
metallener oder keramischer Körper gebraucht werden kann, ist sie für Holz- und
Kunststoffbearbeitung
besonders geeignet.
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Zum Durchschneiden querprofilierter Körper, z.B. Balken, mit vollem
oder aus fließend und/oder eckig aneinander angeschlossenem Querschnitt mußte man
bis jetzt die übliche Abkürzmaschine gebrauchen. Die Säge oder die Schleifscheibe
mußte sich daher mit dem maximal wirksamen Teil ihres Halbmessers über mehr als
die maximale Höhe und beim Gehrungsägen sogar über mindestens anderthalb mal dieser
Höhe des auf dem Werktisch liegenden, durchzuschneidenden Profilkörpers erstrecken,
was für die Herstellung großer, stark profilierter Körper, wie z. B.
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Küchenaufwaschtische mit stehendem Hinterrand und einem hohen Schürzenrand
am Vorderrand, die vorgeformten balkenförmigen Körper mit U-Profil für die Herstellung
hoher Kisten,hoher Wellenplatten, usw., Sägen oder Schleif -scheiben mit sehr großen
Halbmesser nötig machten. Solche Sägen oder Scheiben erfordern außerdem viel Energie
und haben für das Durchschneiden von mit Kunststoff -verkleideten Platten den Nachteil,
daß sie nicht in allen Teilen des Profils die Deckschicht in der Richtung zur Unterschicht
drücken, so daß Zersplitterung auftreten kann.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die bestehende Abkürzmaschine derart
zu verbessern, daß Zersplitterung leich vermieden werden kann und daß zum Durchschneiden
von Körpern mit stark profiliertem streifenförmigem Querschnitt, nur Säge oder Schleifscheiben
nötig sind, deren wirksamer Teil des Halbmessers für rechtwinkliges Sägen oder Schleifen
nur wenig größer als die Breite des breitesten Streifens des Profiles oder nochmals
anderthalb mal so groß als diese Breite ist, wenn man auch Gehrungssägen oder -schleifen
können muß. Man kann dann Sägen oder Schleifscheiben wesentlich kleineren Halbmessers
benutzen, was das Sägen oder Schleifen stabiler und die Trennflächen genauer und
glatter
macht. Weiter erfordert das Sägen oder Schleifen auch weniger Energie, so daß für
den Antrieb ein Motor kleiner Leistung verwendet werden kann. Nach der Erfindung
besteht die Verbesserung darin, daß der Werkzeughalter drehbar um die Drehungsachse
des Werkzeuges an einem Träger angeordnet ist, der auch im Betrieb in mindestens
zwei senkrecht zueinander gerichteten und in einer die Längsachse des Werkstückes
schneidenden Ebene liegenden Richtungen in voneinander unabhängigen Weisen in Bezug
auf den Tisch bewegbar ist und mindestens ein Organ zum Abtasten des Profiles des
Werkstückes aufweist und daß durch dieses Abtastorgan gesteuerte Mittel zum Bewegen
des Werkzeuges durch das Werkstück auf einer bestimmten Tiefe ab der Profilfläche
vorhanden ist.
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Es wird klar sein, daß zum Durchschneiden eines Werkstückes mit einem
aus dünnen Streifen bestehenden Querprofil nur Sägen oder Schleifscheiben mit verhältnismäßig
kleinem Durchmesser erforderlich sind, da das Werkzeug dem Profil folgt. Man wird
aber auch verstehen, daß infolge dieses Folgen des Profils durch das Werkzeug die
Maschine auch zur Herstellung von Nuten in der profilierten Oberfläche des Werkstückes
geeignet ist, ungeachtet dessen, ob dieses einen fließend und/oder eckig gebogenen
streifenförmigen Querschnitt oder einen vollen Querschnitt mit örtlich fließend
oder eckig gebogenen Umriß besitzt. Zur Herstellung von Nuten kann man außer Sägen
und Schleif -scheiben Fräsen benutzen.
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Eine einfache Ausführung der Maschine ist möglich, wenn der Werkzeughalter
drehbar um eine am einen Ende eines armförmigen Trägers befestigte Achse angeordnet
ist, der armförmige Träger an seinem anderen Ende schwingbar um eine zur Werkzeugdrehungsachse
parallele Achse an einem Wagen oder Schlitten angeordnet ist und wenn dieser Wagen
oder
Schlitten in einer zur Tischplatte parallelen und diese Drehungsachse rechtwinklig
kreuzenden Richtung in Bezug auf den Tisch bewegbar angebracht ist. Im einfach sten
Falle kann der armförmige Träger ein von Hand bedienbarer Hebel sein und man kann
dabei das Werkstück von Hand gegen das Werkzeug drücken und da unten durch bewegen.
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Die Maschine könnte auch so konstruiert sein, daß der Werkzeugträger
in einer zur Tischplatte senkrechten Richtung an einem Wagen oder Schlitten angeordnet
ist und daß dieser Wagen oder Schlitten in einer zur Tischplatte parallelen und
die Werkzeugdrehungsachse rechtwinklig kreuzenden Richtung in Bezug auf den Tisch
bewegbar ist.
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Zum Schwingen des armförmigen Werkzeugträgers könnte ein pneumatischer
oder hydraulischer Zylinder mit Kolben zwischen diesem Träger und dem Wagen oder
Schlitten angeordnet sein. Wenn der Werkzeugträger in einer senkrecht zur Tischplatte
gerichteten Richtung bewegbar mit dem Wagen oder Schlitten verbunden ist, so könnte
auch für diese Verbindung ein zwischen dem Werkzeugträger und dem Wagen oder Schlitten
angeordneter pneumatischer oder hydraulischer Zylinder mit Kolben verwendet werden.
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Wenn der zwischen dem Werkzeugträger und dem Wagen oder Schlitten
geschaltete ~einen Kolben enthaltende Zylinder ein pneumatischer Zylinder ist, so
empfiehlt es sich zur Beherrschung der Bewegung des Werkzeugträgers in Bezug auf
den Wagen oder den Schlitten, diesen Zylinder an einem hydraulischen Zylinder und
die Stange des genannten Kolbens an der Stange eines in diesem hydraulischen Zylinder
bewegbaren Kolbens zu befestigen, oder umgekehrt, und weiter die zwei ganz mit Flüssigkeit
gefüllten Zylin derräume des hydraulischen Zylinders durch eine mit einem
Absperrventil
und einem regelbaren Drosselorgan versehene Umlaufleitung miteinander zu verbinden.
Das Drosselorgan dieser Ausführung bestimmt die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeuges
in Bezug auf den Wagen oder Schlitten und das Absperrventil bestimmt, ob in Bezug
auf den Wagen oder Schlitten das Werkstück sich bewegt oder stillsteht.
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Das Abtastorgan könnte eine in Bezug auf den Werkzeughalter frei um
die Werkzeugdrehungsachse drehbare , auf der profilierten Oberfläche des Werkstückes
rollbare Abtastrolle sein.
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Es hat sich aber gezeigt, daß die durch die Abtastrolle vorhandene
mechanische Berührung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug Werkzeug schwingungen
und Werkzeugstöße gegen das Werkstück verursachen kann, was Zersplitterung und Ungenauigkeit
und Aufrauhung der Trennflächen des Werkstückes veranlassen kann. Deshalb kann mit
Vorteil das oder jedes Abtastorgan ein in Entfernung von und ohne mechanische Berührung
mit der profilierten Oberfläche des Werkstückes längs dieser Oberfläche bewegbarer,
am Werkzeugträger befestigter Sensor sein, der während des Abtastvorganges über
Mittel zum Steuern der Bewegung des Werkzeuges den Abstand vom Sensor zu dieser
Oberfläche konstant zu halten versucht. Der oder jeder Sensor könnte, falls nötig,
mit einem oder mehreren Endstandschaltern zusammenarbeiten.
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Damit verhindert wird, daß infolge der unrichtigen Funktionierens
eines Sensors oder der damit verbundenen Schaltung das Werkzeug im Betrieb von dem
Profil entsprechenden Weg abweicht, wodurch die Maschine und das Werkstück beschädigt
werden können, empfiehlt sich eine Ausführung der durch einen oder mehrere berührungslos
wirkende
Sensoren gesteuerten Maschine, in der eine in Bezug auf den Werkzeughalter frei
um die Werkzeugdrehungs achse drehbare Anschlagrolle angeordnet ist, deren Halbmesser
kleiner als die durch den oder jeden Sensor und/ oder Endstandschalter aufrechtzuerhaltende
Differenz zwischen dem Halbmesser des Werkzeuges und der Tiefe ist, über welche
das Werkstück zum Durchschneiden oder zum Machen einer Nute durch den profilierten
Werkstückquerschnitt hindurch bzw. in diesem Querschnitt hineindringen darf.
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Also, normalerweise bleibt die Anschlagrolle außer Berührung mit dem
Werkstück, aber wenn die Sensorschaltung versagt, so hält die Anschlagrolle einen
sicheren Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufrecht.
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Die Anschlagrolle kann gleichzeitig wie eine Abtastrolle ausgeführt
sein.
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Die Abtastrolle oder die Anschlagrolle kann unmittelbar neben dem
Werkzeug frei drehbar um den Werkzeughalter angeordnet sein und mit einer Reibungsbremse
zusammenarbeiten.
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Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
der Maschine näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Ansicht des zum Verstehen der
Erfindung wesentlichen Teiles einer von Hand bedienbaren Ausführungsform der Maschine;
Fig. 2 eine Ansicht einer automatischen Maschine, die im Wesen derjenigen nach Fig.
1 entspricht;
Fig. 3 ein perspektivisches Bild des Teiles mit dem
im Gehrungsstand gesetzten Werkzeug, z.B. Kreissäge oder Schleifscheibe, einer Maschine
nach Fi.g 1 oder 2.
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Fig. 4 einen Querschnitt der Organe zum Anordnen drebaren Lagern,
Führen und Antreiben des Werkzeuges einer Maschine nach der Erfindung; Fig. 5 teilweise
eine Ansicht, teilweise einen vertikalen Querschnitt eines Teiles einer dritten
Ausführungsform der Maschine und Fig. 6 eine Vorderansicht eines Teiles des Maschinenteils
nach Fig. 5 In Fig. 1 ist ein fester Tisch 1, darauf ist eine Säule 2 befestigt,
die einen nur um eine Achse 3 schwingbaren, mittels einer Stange 4 mit Handgriff
5 von Hand betätigbaren Arm 6 trägt. Am freien Ende des Armes 6 ist ein Halter (nicht
gezeichnet) mit dem zu verwendenden Werkzeug 7 (im Beispiel eine Kreissäge) drehbar
um eine zur Schwin -gungsachse 3 parallele Achse 8 angebracht. Der Halter mit der
Säge wird in nicht dargestellter Weise durch einen Motor (nicht sichtbar) angetrieben.
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Das Werkstück 9, das im Ausführungsbeispiel ein Balken mit einem eckig
gebogenen oder gestuften streifenförmigen Querschnitt ist, wird mit seiner Längsachse
parallel zu den Achsen 3 und 8 auf die Tischplatte gesetzt und im vorliegenden Falle
von Hand parallel zu sich selbst horizontal zur Säge 7 geschoben, um durchgesägt
zu werden.
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Eine Rolle 10 ist frei drehbar auf der Achse 8 der Säge angeordnet.
Diese Rolle tastet die Außenseite des Querprofiles des durchzusägenden Balkens 9
ab. Die vertikale
Bewegung der Säge 7 und die horizontale Bewegung
des Balkens müssen so aneinander angepaßt werden, daß während des Sägevorganges
die Abtastrolle 10 mit der Oberfläche des Werkstückes 9 in Berührung bleibt. Es
wird auffallen, daß der Nutzteil der Säge 7, d.h. der sich zwischen der Abtastrolle
10 und dem Sägeumriß erstreckende Sägeteil, nicht viel größer als die Breite des
breitesten Streifens des Querprofiles des Werkstückes zu sein braucht. Ist diese
Breite klein, so kann man, ungeachtet der Höhe des Werkstückes, eine Säge mit verhältnismäßig
kleinem Durchmesser verwenden.
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Es wird bemerkt, daß zur Erleichterung der Bewegung des Balkens 9
auf dem Tisch 1, der Balken auf einen auf dem Tisch fahrbaren Wagen oder darauf
verschiebbaren Schlitten gesetzt werden kann.
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Die Maschine nach Fig. 2 unterscheidet sich darin von derjenigen nach
Fig. 1, daß die Schwingungsachse 3 des Tragarmes 10 der Kreissäge 7 an einem auf
dem Tisch bewegbaren Wagen oder Schlitten 11 befestigt ist, daß das Werkstück 12
in einer festen Lage auf den Tisch gesetzt ist, z.B. darauf festgeklemmt ist und
daß der armförmige Werkzeugträger von einem Zylinder 13 mit Kolben 14 und Kolbenstange
15, z.B. von einem einfach wirkenden pneumatischen Zylinder zum Heben der Säge 7
gesteuert wird, die durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, sobald das Werkstückprofil
und die darauf laufende Abtastrolle 10 dies zulassen.
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Fig. 3 zeigt eine Maschine nach Fig. 1 oder eine Maschine nach Fig.
2, deren Kreissäge 7 durch eine Durchschleifscheibe 16 ersetzt worden ist, die sich
im Gehrungsstand befindet. Das Werkstück hat ein anders geformtes streifenförmiges
Querprofil und ist auf der Außenseite durch eine dünne Schicht 18, z.B. eine Kunststoffschicht,
bedeckt.
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Damit die Abtastrolle 19 in schräger Stellung, z.B.
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0 unter einem Winkel von 45 , der Oberfläche des Werk -stückes
folgen
kann, ist sie mit einem kegelförmigen Teil 20 mit einer Konizität von 900 versehen.
Die Schleifscheibe 16 wird von einem Treibriemen 21 angetrieben.
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Fig. 4 erklärt die Weise, in der das drehbare Werkzeug, im vorliegenden
Falle eine Kreissäge 22, am Werkzeugträger 23 angeordnet ist. Dazu ist am Träger
23 eine Welle 24 festgeschweißt, die über Kugellager 25 einen Werkzeug halter 26
drehbar trägt. Eine auf der Welle angeordnete Druckfeder 27 hebt den Spielraum in
den Lagern auf. Auf einem Nabenteil 28 des Werkzeughalters 26 ist die Säge angebracht,
die durch eine auf diesem Nabenteil sitzende Mutter 29 mit Druckring festgeklemmt
ist. Der Werkzeughalter 26 weist einen zylindrischen Endteil 31 mit größerem Durchmesser
als derjenige des Nabenteiles 28 auf, in dem sich eine V-förmige Umfangsnute 32
für den Antrieb des Halters 26 mit der Säge 22 mittels eines Riemens 33 befindet.
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Unmittelbar neben der Säge 22 ist über ein Kugellager 34 eine frei
drehbare Abtast- und/oder Anschlagrolle 35 auf dem Werkzeughalter 26 angeordnet.
Diese Abtast- und/oder Anschlagrolle weist eine zylindrische Oberfläche 36 und eine
daran angeschlossene kegelförmige Oberfläche 37 auf. Diese kegelförmige Oberfläche
ist während des Gehrungssägenvorganges wirksam. Zum Stabilisieren der Werkzeugwelle
24 ist das freie Ende derselben an einem lösbar mit dem Träger 23 verbundenen Bügel
38 befestigt. Damit das Werkzeug entfernt werden kann, ist der Bügel 38 durch einen
Bolzen 39 und Distanzringe 40 und 41 am Ende der Welle 24 festgeschraubt.
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Die Abtast- oder Anschlagrolle 35 wirkt mit einer Reibungsbremse zusammen,
die aus einer am Träger 23 befestigten Büchse 42 mit einem von einer Feder 43 belasteten
Druck
stift 44 aus Kunststoff besteht, welcher Stift mit seiner freien Endfläche unter
leichtem Druck gegen eine Seitenfläche der Rolle 35 gedrückt wird. Die Reibung zwischen
dem Stift 44 und der Rolle 35 ist durch den Federdruck bestimmt, der mittels einer
auf die Feder wirkende Stellschraube 45 eingestellt werden kann. Diese Reibung verhindert,
daß die Rolle 35 durch die Reibung im Kugellager 34 mit dem schnell umlaufenden
Werkzeug mitdreht, sobald der mechanische Kontakt zwischen der Rolle und dem Werkstück
unterbrochen worden ist. Wenn danach die schnell drehende Rolle mit dem Werkstück
in Berührung kommt, so wird das Werkstück die Rolle bremsen, was Beschädigung der
Oberfläche des Werkstückes verursachen kann.
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Die Maschine nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich darin von derjenigen
nach Fig. 2, daß der Werkzeughalter (nicht sichtbar) nicht über einen schwingbaren
Träger an einem horizontal auf dem Tisch 46 bewegbaren Wagen oder Schlitten 47,
sondern über einen vertikal auf und ab bewegbaren Träger 48 an dem Wagen oder Schlitten
angeordnet ist und weiter, daß die Tiefe, über welche das Werkzeug 49 in das Werkstück
SO hineindringt und dessem Profil folgt, durch ein oder mehrere Sensoren 51, und,
wenn nötig, einstellbare Enstandschalter 52 bestimmt wird, welche Sensoren ohne
mit dem Werkstück in mechanischen Kontakt zu kommen, also z.B. auf elektromagnetischem
Wege (Radar), auf ultrasonorem Wege oder, wenn das Werkstück aus elektrisch leitendem
Material besteht oder eine dem Profil folgende metallene Schicht besitzt, auf elektrischem
(kapazitivem) Wege, und welche Schalter den Abstand zwischen der Drehungsachse des
Werkzeuges und der Oberfläche des Werkstückes konstant zu halten versuchen.
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Der Werkzeugträger 48 ist sowohl über eine Kolbenstange 53 mit einem
in einem einfach wirkenden pneumatischen
Zylinder 54 bewegbaren
Kolben für die Aufbewegung des Werkzeuges, als auch über eine Kolbenstange 56 mit
einem in einem doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder bewegbaren Kolben 58 zum
Steuern der vertikalen Bewegung des Trägers 48 festverbunden. Die Zylinder 54 und
57 sind aneinander befestigt. Die Zylinderräume 59 und 60 des hydraulischen Zylinders
57 sind durch eine Umlaufleitung 61 mit einem Absperrventil 62 und einem einstellbaren
Drosselorgan miteinander verbunden. Das geschlossene hydraulische System ist ganz
mit Flüssigkeit gefüllt. Mittels des Absperrventiles 62 wird die vertikale Bewegung
des Trägers 48 zugelassen oder zum Stehen gebracht. Das Drosselorgan 63 dient zum
Einstellen der Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung des Werkzeuges. Ein dergleichen
kombinierter pneumatischer, hydraulischer Antriebsmechanismus kann auch für die
horizontale Bewegung des Wagens oder Schlittens gebraucht werden.
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Weiter ist der Träger 48 an Führungsstangen 64 befestigt, die sich
passend in am Wagen 47 befestigten Führungsbüchsen bewegen können.
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In dieser Ausführungsform sorgt das Gewicht des Trägers und der daran
befestigten Teile für die Abwärtsbewegung des Werkzeuges. Dafür könnte aber auch
der obere Zylinderraum eines doppelt wirkenden pneumatischen Zylinders gebraucht
werden.
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Das Werkstück ist mittels verstellbarer Klemmen 66 und 67 am Tisch
festgemacht.
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Im Betrieb wird der Träger 48 mit dem Werkzeug 49 zunächst durch den
Wagen oder Schlitten 47 auf der dargestellten Höhe nach rechts bewegt, bis ein federnder
Taster 68 den Mikro-Endlageschalter 52a betätigt. Der Wagen oder Schlitten wird
dann stillgesetzt und das bis dann geschlossene Absperrventil 62 wird geöffnet,
so daß der Träger mit der Drehungs -achse
des Werkzeuges in der
eingestellten Entfernung des ersten vertikalen Teiles 69 des Werkstückes 50 sich
mit der vom Drosselorgan 63 bestimmten Geschwindigkeit längs diesem Teil senkt,
so daß dieser Teil durchgesägt oder geschliffen wird. Sobald aber der Sensor 51
in die vorgeschriebene Entfernung vom horizontalen Werkstückteil 70 gelangt ist,
wird das Absperrventil 62 wieder geschlossen, so daß die Abwärtsbewegung des Trägers
48 zum Stillstand kommt, und der Wagen oder Schlitten 47 wird dann weiter nach rechts
bewegt, was die Folge hat, daß der horizontale Werkstückteil 70 durchgesägt oder
-geschliffen wird.
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Die Bewegung nach rechts geht weiter, bis der Taster 68 den Mikro-Endlageschalter
52b betätigt. Dies ergibt, daß der Wagen oder Schlitten 47 wieder zum Stillstand
gelangt und das Absperrventil 62 wieder geöffnet wird, so daß der Träger mit dem
Werkzeug 49 sich in der eingestellten Entfernung längs dem Werkstückteil 71 senkt.
Diese Abwärtsbewegung wird fortgesetzt, bis der Sensor 51 in der vorgeschriebenen
Entfernung oberhalb einer eingestellten Steuerfläche (nicht sichtbar) gelangt ist
und dadurch die Maschine stillgesetzt wird. Auch der Werkstückteil 71 ist dann durchgesägt
oder -geschliffen.
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In manchen Fällen genügt ein einziger kontaktloser Sensor für die
Steuerung der Maschine, und die Endlageschalter können dann unterbleiben.
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Damit verhindert wird, daß bei Störung der mit Sensoren 51 und gegebenenfalls
Endlageschaltern versehenen Steuervorrichtung der Werkzeugträger in unrichtiger
Weise mit dem Werkstück in Berührung kommt und daß dadurch das Werkstück in ernsthafter
Weise beschädigt wird, ist eine Anschlagrolle 72 frei drehbar um die Werkzeugdrehungsachse
angeordnet. Der Halbmesser dieser Rolle, die die obenbeschriebene Abtastrolle sein
kann, soll dann kleiner als der von den Sensoren und/oder
Schaltern
bestimmte Abstand zwischen der Werkzeugdrehungs achse und der Werkstückoberfläche
sein, so daß wenn die Steuervorrichtung in normaler Weise arbeitet, die Anschlagrolle
mit dieser Oberfläche nicht in Berührung kommt.
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Es wird bemerkt, daß für alle Bewegungen des Werkzeuges auch entweder
Sensoren oder Schalter verwendet werden können. Manchmal genügt nur ein einziger
Sensor.
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Da die elektrischen und/oder elektronischen Schaltungen viele Variationen
zulassen und kein Merkmal der Erfindung bilden, sind sie im Beispiel nach Fig. 5
und 6 fortgelassen.
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