DE3541077A1 - Scheibenfoermiges werkzeug zum trennschneiden und formatbearbeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flaches scheibenförmiges Werkzeug mit am Außenumfang angeordneten jeweils eine Schneide tragenden Zähnen zum Trennschneiden und/oder Formatbearbeiten von Holzplatten, beschichteten Spanplatten, Kunststoffplatten, Hartfaserplatten oder Platten aus Plexiglas oder Leichtmetall, wobei die Schneide durch einen im wesentlichen achsparallelen ersten Schneidenteil an der Schneidenspitze und mindestens einen direkt oder indirekt anschließenden in einer Ebene senkrecht zur Drehachse verlaufenden Seitenschneidenteil gebildet ist, der die werkzeugbreiteste Stelle bildet und die Kante des Werkstücks schneidet.

Bei bekannten solchen Werkzeugen, insbesondere Kreissägeblättern sind die Zähne scharfkantig und die eigentliche Schnittkante des bearbeiteten Werkstücks wird nur durch den extrem kleinen Eckbereich der Zahnkante erzeugt. Dieser scharf vorstehende Bereich ist daher einem besonders starken Verschleiß unterworfen, so daß keine lange Standzeiten der Werkzeuge erreicht werden können. Die Sauberkeit des Schnitts leidet bereits bei relativ geringem Verschleiß der Zahnecken.

Zur Verbesserung der Schnittqualität ist auch bekannt, bei jedem zweiten Zahn die Zahnecken abzuschrägen, so daß jeweils dieser Zahn als Räumzahn dient. Dies schließt aber nicht aus, daß die Schnittkante am Werkstück trotzdem durch die scharf vorstehenden Schneidkanten der jeweils ersten Sägezähne gebildet wird, so daß sich diese ebenfalls schnell abnutzen und keine Verbesserung der Standzeit des Werkzeugs mit dieser bekannten Maßnahme erreicht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Werkzeug der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine wesentlich längere Standzeit bei zusätzlicher Verbesserung der Schnittqualität erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Übergang von der Zahnspitze her zu der werkzeugbreitesten Stelle der Seitenschneiden gekrümmt ist und tangential in diese werkzeugbreiteste Stelle übergeht.

Hierdurch wird erreicht, daß der eigentliche Kantenfertigschnitt des zu bearbeitenden Werkzeugs durch einen flachen Anschnitt, der kontinuierlich in einen relativ langen, die Werkstückkante erzeugenden Schneidenteil übergeht, gebildet wird. Dadurch kann die Standzeit des Werkzeugs um ein mehrfaches, wenigstens um einen Faktor 3 erhöht werden.

Durch den Einstellwinkel der Schneidkante beim Eintritt in das Werkstück erfolgt kein schlagartiger Einschnitt, wie bei einer achsparallelen Schneide, sondern ein schälender Schnitt, da der achsparallele Anteil der Schneide je nach Ausführung der Krümmung bis auf Null zusammenschrumpfen kann. Die Schnittkante wird mit der Drehung des Werkzeugs erst nach und nach durch den kontinuierlich in das Werkstück eindringenden Schneidkantenbereich erzeugt. Damit wird gleichzeitig wegen des gleichförmigen Schnittkraftverlaufs auch die Schallabstrahlung bei der Werkstückbearbeitung vermindert, zugleich wird der Schnitt der praktisch parallel zur zu bearbeitenden Kante verläuft sehr sauber im Gegensatz zum treppenartigen Schnitt bei den bekannten üblichen Verzahnungen.

Ein gewisses Freischneiden unter Vermeidung einer Verklemmung des scheibenförmigen Werkzeugs, insbesondere bei der Verarbeitung von Holz mit inneren Spannungen kann zur Werkzeugmittelachse hin nach der werkzeugbreitesten Stelle die Seitenschneide unter einem Freiwinkel zwischen etwa 0,5 und 1° weitergeführt werden, wobei auch hier auf einen kontinuierlichen, d. h. gekrümmt verlaufenden und jeweils tangential anschließenden Übergang zu achten ist. Der Freiwinkel zwischen der Schnittfläche und der seitlichen Zahnfläche kann etwa 4° betragen.

Der Übergang von der Zahnspitze her zur werkzeugbreitesten Stelle kann für eine besonders einfache Herstellbarkeit eine konstante Krümmung aufweisen, dabei kann die ganze Zahnspitze halbkreisförmig ausgebildet sein, es kann aber auch nur der Eckbereich des Zahns mehr oder weniger abgerundet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich eine elliptische Ausbildung des Übergangs erwiesen, wobei zur Zahnspitze hin die Krümmung zunimmt und damit der Krümmungsradius kleiner wird.

Herstellung und exakte Bearbeitung sind bei besonders langer Standzeit bei der Ausbildung der Schneiden aus Hartmetall oder polikristallinem Diamant (PKD) erreichbar. Eine gute Schnittqualität ist aber ebenfalls mit Schneiden aus HSS-Stahl und ähnlichen Legierungen möglich. Der Schneidenwerkstoff ist jeweils auf den entsprechenden Werkstück-Werkstoff abzustimmen.

Insbesondere bei der Formatbearbeitung vorgeschnittener Platten ist es besonders vorteilhaft, daß neben dem scheibenförmigen Werkzeug ein Zerspaner vorgesehen ist, dessen wirksamer Arbeitskreis kleiner ist als der des scheibenförmigen Werkzeugs um so die entstehenden weggeschnittenen Werkstückteile gleichzeitig mit der Werkstückbearbeitung zu zerkleinern um sie leicht wegtransportieren zu können. Üblicherweise haben die vorgeschnittenen Platten ein Übermaß von etwa 3 bis 7 mm. Bei größeren Übermaßen kann der Zerspaner Zahnsegmente mit im Abstand nebeneinander liegenden Schneiden aufweisen, wobei dann die Segemente der aufeinander folgenden Zähne seitlich versetzt auf Lücke angeordnet sind um eine Zerkleinerung über die gesamte Breite des Abfallstreifens zu erreichen.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 bekannte Zahnformen in der Ansicht von der Zahnbrust her, nämlich

Fig. 1a einen Flachzahn,

Fig. 1b die Anordnung von Wechselzähnen,

Fig. 1c die Kombination von Flachzähnen und Trapezzähnen,

Fig. 1d einen Hohlzahn,

Fig. 2 verbesserte Zahnformen, nämlich

Fig. 2a einen einseitig abgerundeten Zahn,

Fig. 2b einen symmetrisch beidseitig abgerundeten Zahn,

Fig. 2c einen Zahn mit ganz gerundeter Zahnspitze,

Fig. 2d einen Zahn mit elliptisch gerundeten Zahnecken,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht eines Werkzeugs im Zahnbereich im Eingriff mit einem Werkstück,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Darstellung in Fig. 3 in Richtung der Linie IV-IV bei unter dem Werkstück liegender Drehachse des Werkzeugs,

Fig. 5
und 6 den Fig. 3 und 4 entsprechende Ansichten mit oberhalb dem Werkstück liegender Werkzeugachse,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Formatbearbeitung einer Platte unter zusätzlicher Verwendung einer Ritzsäge,

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht der Darstellung der Fig. 7 in Richtung des Pfeils VIII in Fig. 7,

Fig. 9
und 10 den Fig. 7 und 8 entsprechende Darstellungen einer anderen Ausführungsform.

In den Fig. 1a bid 1d sind bekannte Ausbildungen von Hartmetallschneidplatten 1 in Ansicht von der Brustseite her dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1a handelt es sich um einen Flachzahn, dessen Schneide durch einen ersten Schneidenteil 2 und zwei um ca. 0,5° bis 1° zum Stammblatt hin geneigte anschließende Seitenschneidenteile 3, 3′ gebildet wird. Die Schnittkante beim Trennschneiden wird dabei von den exponiert angeordneten, scharfkantigen Ecken 4 und 5 übernommen. Die Schnittfuge wird dabei vom Schneidenteil 2 ausgeräumt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1b handelt es sich um eine Wechselzahnanordnung bei der der Schneidenteil 2 schräg verläuft, wobei die Schräge benachbarter Zähne entgegengesetzt gerichtet ist. Die Schneidkante 4 und 5 sind hier noch scharfkantiger als in Fig. 1a.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1c handelt es sich um eine Kombination von Flach- und Trapezzähnen, wobei bei den Trapezzähnen die Ecken durch Schrägflächen 6, 6′ abgetragen sind. Die abwechselnd zu den Flachzähnen angeordneten Trapezzähne dienen hauptsächlich zum Räumen der Schnittnut während durch die Ecken 4, 5 der Flachzähne, der Fertigschnitt und die Erzeugung der Schnittkante übernommen wird.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1d handelt es sich um einen Hohlzahn, dessen Zahnbrust und dadurch auch dessen erster Schneidenteil 2 konkav gerundet ist. Die Ecken 4 und 5 sind hier besonders hoch beansprucht.

Nachteilig ist bei allen beschriebenen bekannten Zahnformen, daß die Ecken 4 und 5 besonders schnell verschließen und daher nur geringe Werkzeugstandzeiten erreicht werden.

In den Fig. 2a bis 2d sind in entsprechender Darstellung der Fig. 1 verbesserte Zahnformen dargestellt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2a ist der erste Schneidenteil 2 der Zahnspitze gerade ausgebildet während der Seitenschneidenteil 3 in einem Übergang 7 gekrümmt ausgebildet ist, dabei geht der Übergang 7 tangential in die werkzeugbreiteste Stelle 8 über. Daran anschließend verjüngt sich der Zahn mit einem seitlichen Freiwinkel 9 zwischen etwa 0,5 und 1°, damit bei einem Trennschnitt das Werkzeug ausreichend freigeschnitten wird. Auch nach der Stelle 8 ist der Übergang kontinuierlich, d. h. dieser Bereich der Seitenschneide läuft gekrümmt weiter und schließt sich tangential den unteren geradlinigen Bereich mit dem Freiwinkel 9 an. Die in Fig. 2a dargestellte Zahnform dient zur Formatbearbeitung vorgeschnittener Platten. Die Hauptschneidarbeit wird dabei vom Übergang 7 übernommen während der erste Schneidenteil 2 nur noch den Werkstücküberstand 17 zerkleinert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2b ist der Zahn entsprechend der Fig. 2a symmetrisch ausgebildet. Diese Zahnform eignet sich insbesondere für Trennschnitte oder aber für die Formatbearbeitung von beliebiger Seite.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2c ist der Übergang 7 der Seitenschneidenteile 3 mit konstantem Radius ausgebildet, so daß das Werkzeug einen halbkreisförmigen Schnitt ausübt. Bei der Ausführungsform der Fig. 2d ist der Übergang 7 ellipsenförmig, wobei der größte Krümmungsradius an der werkzeugbreitesten Stelle 8 und der kleinste Krümmungsradius am Übergang zum ersten Schneidenteil 2 liegt.

Ein einen Zahn entsprechend der Fig. 2d tragendes Werkzeug ist in den Fig. 3 und 4 beim Bearbeitungsvorgang eines Werkstücks 10 dargestellt. Das Werkstück 10 wird dabei durch einen Trennschnitt in zwei Teile geteilt. Bei diesem Trennschnitt tritt die Hartmetall- oder PKD-Schneidplatte 1 an der werkzeugbreitestens Stelle 8 von oben her in das Werkstück 10 ein. Bei Weiterdrehen des Werkzeugs in Richtung des Pfeils 11 erfolgt durch den Übergang 7 des seitlichen Schneidenteils 3 ein schälender Schnitt bis zuletzt der Schneidenteil 2 in das Werkstück 10 eindringt. Die Hauptschneidarbeit wird dabei vom Übergang 7 und der Schneide 2 geleistet. Da der die Schnittkante bildender Schneidenanteil 7 keine vorstehenden Kanten besitzt, wird die Schneidkantenbeanspruchung gleichmäßig über die ganze Schneidenlänge des Übergangs 7 verteilt, so daß nur ein minimaler Verschleiß auftritt und gegenüber Werkzeugen mit scharfen Ecken mindestens eine dreifache Standzeit erreicht werden kann.

Zur Erzielung eines guten Schnittes ist die Hartmetall- oder PKD-Schneidplatte 1 in Richtung des Zahnrückens mit einem Freiwinkel 12 von etwa 4° versehen, wie dies in Fig. 4 über die Dicke der Hartmetallschneidplatte 1 angedeutet ist.

Bei der Anordnung gemäß den Fig. 3 und 4 liegt die dort nicht dargestellte Drehachse 13 des Werkzeugs unterhalb des Werkstücks, während bei der entsprechenden Darstellung der Fig. 5 und 6 die Drehachse 13 oberhalb des Werkstücks 10 liegt. Hier dringt beim Schneiden zuerst die Schneide 2 in das Werkstück 10 ein, anschließend der Übergang 7 der seitlichen Schneidenteile 3, 3′ bis schließlich an der werkzeugbreitesten Stelle 8 der eigentliche Schneidvorgang der Hartmetall- oder PKS-Schneidplatte 1 beendet ist. Die restlichen Schneidenteile gleiten praktisch am vom vorangehenden Zahn bereits geschnittenen Rand des Werkstücks vorbei, wobei die Anordnung des seitlichen Freiwinkels 9 dieses Vorbeigleiten ohne Zerspanung erleichtert auch, wenn der Werkstoff nach dem Schnitt geringfügig auffedert.

Bei den Darstellungen der Fig. 7 bis 10 ist in größerem Maßstab der Vorgang der Formatbearbeitung näher dargestellt, bei dem das eigentliche Werkzeug 14 aus einer Säge der bis jetzt beschriebenen Art und einem seitlich davon angeordneten Zerspaner 16 besteht, wie dies aus den Fig. 8 und 10 ersichtlich ist. Der Arbeitsdurchmesser der Säge 15 ist etwa größer als der Durchmesser des Zerspaners 16. Das plattenförmige Stück 10 soll auf Maß geschnitten werden, dabei muß der Werkstücküberstand 17 während des Sägevorgangs durch den Zerspaner 16 zerkleinert werden, so daß der so entstehende Abfall durch Absauganlagen leicht und platzsparend entfernt werden kann.

Um durch die austretenden Zähne beim Bearbeiten der Seitenkante kein Hochreißen des Plattenrands auftreten zu lassen, ist unterhalb der Platte 10 in bekannter Weise eine Ritzsäge 18 angeordnet, die ebenfalls mit ein- oder beidseitig abgerundeten Schneidkanten versehen ist und von unten eine Nut 19 vor dem eigentlichen Trenn- und Zerspanvorgang durch das Werkzeug 14 eingebracht wird. Die Säge 15 und die Ritzsäge 18 liegen in etwa fluchtend in einer Ebene.

Beim in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Werkstück 10 jeweils etwa über die Hälfte durch die beiden Besäumzerspaner 14′ und 18′ besäumt. Abgesehen von der Drehrichtung sind Werkzeug 14′ und 18′ identisch ausgebildet, bestehen also jeweils aus einer Säge 15′ bzw. 15″ und einem Zerspaner 16′, 16″ wobei die Drehachse 13 des Werkzeugs 14′ oberhalb und die Drehachse 13′ der Ritzsäge 18′ unterhalb des Werkstücks 10 angeordnet ist. Zur Erläuterung der Anordnung sind in der Fig. 10 die Lage von Besäumzerspaner 14′ und 18′ seitlich versetzt nebeneinander gezeichnet. In Wirkllichkeit liegen die Werkzeuge 15′ und 15″ fluchtend in einer Ebene.

Die Zerspaner 16′, 16″ bestehen aus einem Grundkörper 20 in den Zahnsegmente 21 eingesetzt sind, die jeweils 2 Schneiden 22, 22′ aufweisen, die im Abstand voneinander aber nebeneinander angeordnet sind. Die einzelnen gleich ausgebildeten Zahnsegmente 21 sind auf Lücke versetzt zueinander, so daß durch drei nacheinander angeordnete Zahnsegmente 21 durch deren Schneiden 22, 22′ die gesamte Arbeitsbreite des Zerspaners 16′, 16″ von Schneiden überdeckt ist.

Wenn auch vorstehend Werkzeuge in Form von Sägeblättern beschrieben wurden, versteht es sich, daß auch Fräswerkzeuge zum Kanten- bzw. Formatbearbeiten in diese Weise ausgebildet sein können.

Claims (11)

1. Scheibenförmiges Werkzeug mit am Außenumfang angeordneten jeweils eine Schneide tragenden Zähnen zum Trennschneiden und/oder Formatbearbeiten von Holzplatten, beschichteten Spanplatten, Kunststoffplatten, Hartfaserplatten oder Platten aus Plexiglas oder Leichtmetall, wobei die Schneide durch einen im wesentlichen drehachsparallelen ersten Schneidenteil (2) an der Schneidenspitze und mindestens einen direkt oder indirekt anschließenden in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (13) verlaufenden Seitenschneidenteil (3′) gebildet ist, der die werkzeugbreiteste Stelle (8) bildet und die Kante des Werkstücks (10) schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (7) von der Zahnspitze her zu der werkzeugbreitesten Stelle (8) der Seitenschneiden (3, 3′) gekrümmt ist und tangential in diese werkzeugbreiteste Stelle (8) übergeht.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Werkzeugdrehachse (13) hin nach der werkzeugbreitesten Stelle (8) die Seitenschneide (3, 3′) unter einem seitlichen Freiwinkel (9) zwischen etwa 0,5 und 1° mit gekrümmt verlaufendem und jeweils tangential anschließendem Übergang weitergeführt ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel (12) zwischen der Schnittfläche und der seitlichen Zahnfläche etwa 4° beträgt.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang 7 eine konstante Krümmung aufweist.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (7) eine elliptische Form aufweist, wobei zur Zahnspitze hin die Krümmung zunimmt (Fig. 2d).

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden durch Hartmetallschneidplatten (1) gebildet sind.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem scheibenförmigen Werkzeug (Säge 15, 15′, 15″) ein Zerspaner (16, 16′, 16″) vorgesehen ist, dessen wirksamer Arbeitsdurchmesser kleiner ist als der des scheibenförmigen Werkzeugs.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerspaner (16′, 16″) in einen Grundkörper (20) eingesetzte Zahnsegmente (21) aufweist.

9. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zahnsegment (21) im Abstand nebeneinander zwei Schneiden (22, 22′) aus Hartmetall aufweist.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnsegmente aufeinanderfolgender Zähne seitlich versetzt auf Lücke angeordnete Schneiden (22, 22′) aufweisen.

11. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß drei aufeinanderfolgende Zähne jeweils um den gleichen Betrag versetzte Schneiden (22, 22′) aufweisen, wobei mehrere solche Dreiergruppen von Zähnen am Umfang des Zerspaners (16′, 16″) verteilt angeordnet sind.