DE3542364A1 - Schnittwerkzeug, insbesondere kreissaegeblatt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges Schnittwerkzeug, insbesondere Kreissägeblatt, mit einer zentrischen Öffnung für die Befestigung auf einer Antriebswelle, mit Aussparun­ gen in der Blattebene, die im Schnittwerkzeug einzelne Segmente (Speichen) erzeugen. (DE-OS 31 31 122).

Beim Schneiden von Materialien, z. B. beim Zerspanen von Holz, wird durch den Außen- bzw. Zahnkranz des Schnittwerk­ zeugs eine Arbeit geleistet, die zur Erwärmung der Peri­ pherie führt. Hierdurch entstehen zwischen dem Außenkranz und dem Zentrum erhebliche Temperaturdifferenzen, die Span­ nungen im Schnittwerkzeug und Plandeformierungen, bis hin zu Wellenformbildungen, erzeugen. Diese Verformungen des Schnittwerkzeugs führen zu einem ungünstigen Schwingungsver­ halten mit der Folge von Peripherieauslenkungen, die wie­ derum die Schnittverlaufungen unterstützen. Dies führt zu dem weiteren Nachteil einer unnatürlichen Schneidenbelastung sowie letztendlich zu geringeren Standzeiten. Diese Verfor­ mungen werden zusätzlich durch die Rotation und die hierdurch erzeugten Fliehkräfte weiter verstärkt, so daß das Schnittwerkzeug mit allen negativen Folgen instabil wird.

Diesen Nachteilen, die vor allem bei hochtourig laufenden Schnittwerkzeugen und solchen mit großem Durchmesser auftre­ ten, wird versucht dadurch zu begegnen, daß man im Schnitt­ werkzeug Innenspannungen erzeugt, die Dehnungsausgleiche im Schnittwerkzeug bei ungleicher Erwärmung bringen sollen. Diese Innenspannungen werden durch Materialstreckungen im Schnittwerkzeug vor dessen Einsatz erzeugt, z. B. durch Walzen oder Hämmern. Diese eingebrachte Innenspannung orien­ tiert sich an Erfahrungswerten und berücksichtigt die durchschnittlich angenommene Peripherieerwärmung. Der Nach­ teil des Einbringens derartiger Innenspannungen besteht zum einen darin, daß diese nur entsprechend der mittleren Peri­ pherieerwärmung aufgebracht werden können und zum anderen darin, daß diese Innenspannungen aufgrund von Materialermü­ dungen, konzentrierten Erhitzungen wie Brandflecken, Verbeu­ lungen etc., beim Betrieb nach und nach abgebaut werden, so daß mit fortschreitender Benutzung des Schnittwerkzeuges ein ordentlicher Schneidvorgang nicht mehr möglich ist. Für den Einsatz derartiger, mit Innenspannungen versehener Blät­ ter, kommt weiter erschwerend hinzu, daß diese Innenspannung beim Anwender durch Nachbehandlung nicht oder nur unvollkom­ men wieder eingebracht werden kann, denn die hierzu erfor­ derlichen Fachkräfte stehen nur in den seltensten Fällen zur Verfügung. Dieser Nachteil ist insofern äußerst gravierend, da insbesondere bei dünnen Blättern eine Nachbehandlung, und zwar ein Richten und Spannen der Blätter, etwa alle 5 bis 20 Betriebsstunden erfolgen muß. Die Schwierigkeiten und die kostenerhöhenden Umstände des Richtens und Spannens haben dazu geführt, daß Schnittwerkzeuge zum Einsatz kommen, deren Formen wesentlich stärker als für den Schnitt eigentlich erforderlich sind. Rein physikalisch gesehen unterliegen die Schnittwerkzeuge mit den stärkeren Querschnitten den glei­ chen Verformungen, jedoch sind die Auswirkungen hier wesent­ lich geringer, denn bei den gleichen absoluten Verformungen und Planabweichungen sind diese, bezogen auf die Belastungs­ einflüsse aus der Schneidarbeit, verhältnisgünstiger.

Bekannt ist es, um den Blattebenenbereich gegen Verformungen zu schützen und das Schwingungsverhalten und die Standzeiten der Schnittwerkzeuge zu verbessern, in den Blattebenen ent­ weder Dehnungsschlitze und Dehnungslöcher anzuordnen, oder aber die Schnittwerkzeuge flanschlos auf den Antriebswellen zu lagern oder die Schnittwerkzeuge einem sogenannten Ther­ mostreß-Verfahren zu unterwerfen.

Die Anordnungen von Dehnungsschlitzen oder entsprechenden Löchern bei herkömmlichen, flanschgefaßten Blattantrieben, wie sie z. B. aus der DE OS 31 31 122 bzw. aus der DE S 26 25 995 bekannt sind, können zwar die Plan /Blattebenenverformungen durch Ansätze von Spannungsaus­ gleichsmöglichkeiten bedingt herabmindern, andererseits he­ ben die Dehnungsschlitze/-löcher gleichzeitig die Innenspan­ nungswirkungsweise ganz oder teilweise wieder auf. Die Folge ist, daß eine allgemeine Labilität unterstützt wird, die wiederum zu einer schlechten Zentrumsfixierung führt. Deh­ nungsschlitze/-löcher sind also grundsätzlich kein Mittel, um die stets angestrebte wichtige Zugspannung im Außen­ kranzbereich herbeizuführen.

Weiter ist es bekannt, Schnittwerkzeuge flanschlos durch eine Art Vielkeilwelle, ohne die üblichen, die Axialfixie­ rung übernehmenden Flansche, anzutreiben. Derartige Schnittwerkzeuge zeigen den Nachteil, daß die klassische Wirkungsweise der Innenspannung gestört ist. Bei Verwendung von flanschlosen Antrieben wird die Peripherie des Schnitt­ werkzeuges durch Blattführungen stabilisiert, mit dem Ergeb­ nis, daß sich die Schwingungen im losen, flanschlosen Zentrum auspendeln. Diese Blattführungen in der Nähe der Peripherie bewirken jedoch durch Reibung eine zusätzliche Peripherieerwärmung und führen damit zu einem weiteren Auf­ schaukeln der bekannten Nachteile. Es sind zwar verschiedene Blattführungsanordnungen vorgeschlagen worden, die eine Schwingungsdämpfung versuchen, im allgemeinen hat sich je­ doch gezeigt, daß die flanschlose Anordnung von Schnittwerk­ zeugen im praktischen Einsatz zu recht hohen Schnittbahnver­ laufungen führt.

Die mechanisch vor dem Blatteinsatz im Schnittwerkzeug durch Hämmern und Walzen eingebrachten Innenspannungen sind wäh­ rend des Betriebes nicht erneut einbringbar. Mit dem Thermo­ streß-Verfahren soll dieser Nachteil beseitigt werden, und zwar wird gemäß diesem Verfahren die Temperaturdifferenz zwischen der Peripherie und dem Zentrum gemessen und in Abhängigkeit dieser Temperaturdifferenz eine Wärmespule gesteuert, die den Blattinnenbereich aufheizt. Diese Wärme­ dehnungen sollen einen Druck von innen nach außen aufbauen, was auch teilweise erreicht wird. Die Wärmedehnungen führen zu einem gewissen Druck nach außen, sie sind aber nicht in der notwendigen Weise in Abhängigkeit von den Rotationsda­ ten- und den tatsächlich erreichten Wärmezonengrößen defi­ nierbar. Des weiteren führt die Erwärmung durch die Wärme­ spulen zu einer Aufhebung der konstant notwendigen Zentrums­ fixierung.

Bekannt sind bei Kreissägenblättern auch Bohrungsformen und Flächenstrukturierungen im Zentrumsbereich im Blatt, auf welche durch entsprechende Antriebswellenprofilierungen durch den Drehsinn des Antriebes Schiebekräfte ausgeübt werden. Diese Lösungen haben den grundsätzlichen Nachteil, daß Toleranzen im Wellen- und im Blattzentrumsbeeich zu unterschiedlichen Druckbeeinflussungen im Blatt führen und es ist nachteilig, daß die erzeugte Schiebe-/Druckkraft nicht regelbar ist, sondern von der Drehenergie bestimmt wird.

Allen diesen bekannten Verfahren liegt der gemeinsame Nach teil zugrunde, daß keine gezielte und dauerhafte Zugspannung in der Peripherie des Schnittwerkzeugs erzeugt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnittwerk­ zeug der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dieses ein wesentlich besseres Schwingungsverhalten als bekannte Schnittwerkzeuge aufweist und somit zu dünneren Schnittfu­ gen, zu größerer Stabilität, zu größeren Standzeiten und letztendlich auch zu Energieeinsparungen führt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist somit in der zentrischen Öffnung ein Druckkraftgeber angeordnet, der die einzelnen Segmente (Speichen) des Schnittwerkzeuges mit einer steuerbaren Druckkraft beaufschlagt. Vorteilhaft weist das Schnittwerk­ zeug einen geschlossenen Außenkranz auf, auf dem z. B. die Zähne für ein Sägeblatt plaziert sein können. Im Schnitt­ werkzeug sind die Aussparungen angeordnet, welche die Blatt­ ebene bis hin zu einem gewissen Kranzbereich in einzelne Segmente unterteilen, ähnlich einem Speichenrad. Das Schnittwerkzeug kann in bekannter Weise mittels Flanschen axial auf der Antriebswelle fixiert sein.

Was die Ausbildung der einzelnen Segmente des Schnittwerk­ zeuges betrifft, so sind diese vorteilhaft so gestaltet, daß ihre Anschlußbreite am Außenkranz kleiner ist als ihre maxi­ male Breite, wobei dafür Sorge getragen werden muß, daß diese sich unabhängig voneinander und unbeeinflußt voneinan­ der verschieben können. Durch das Aufbringen einer Kraft ist der Druck von Innen heraus auf das Ende eines jeden Segmen­ tes und unmittelbar in den Außenkranz eingeleitet, wobei die Höhe der Druckkraft z. B. in Abhängigkeit der Erwärmung des Außenkranzes gesteuert werden kann. Diese Einleitung einer vorbestimmten Druckkraft in den Außenkranz des Schnittwerk­ zeuges verhindert eine Deformation infolge Peripherieerwär­ mungen und aufgrund der Fliehkräfte.

Durch den im Zentrum des Schnittwerkzeuges angeordneten Druckkraftgeber wird neben dem Drehantrieb eine zweite Ener­ gie im Zentrum aufgebracht. Die voneinander unabhängig und gezielt angesetzten Druckkräfte gleichen somit die Wärmedeh­ nungen aus und sorgen für eine stetige Zugspannung im Außen­ kranz. Diese vom Druckkraftgeber ausgehenden Wirkungen sind regulierbar, so daß gleichfalls die erforderliche Rückstell­ bewegung bei Wiedererkalten der Peripherie gewährleistet ist.

Ein Schnittwerkzeug gemäß der Erfindung besteht somit aus einem Außenkranz, an dem eine Vielzahl von Segmenten ange­ ordnet ist, die nur durch den Außenkranz untereinander ver­ bunden sind. Es bildet sich so ein loses, fächerförmiges Zentrum, wobei die gesamte Steifigkeit der Scheibe durch den Druckkraftgeber hergestellt wird. Der Druckkraftgeber hat somit neben dem Drehantrieb und der radialen Druckkraftge­ bung auch die Aufgabe, das rotierende Schnittwerkzeug axial und zentrisch zu fixieren.

Die Aufbringung der Druckkraft auf die einzelnen Segmente /Speichen kann über Leisten, Bolzen oder Kolben erfolgen, die über Federwirkung oder hydraulische bzw. pneumatische Systeme beaufschlagt sind. Eine differenzierte Beaufschla­ gung der einzelnen Segmente mit unterschiedlichen Druckkräf­ ten ist immer dann erforderlich, wenn das Schnittwerkzeug hohen Formunbeständigkeiten unterliegt. Bei Schnittwerkzeu­ gen, die keine oder nur eine geringe Geometrieveränderung und somit eine hohe Formbeständigkeit aufweisen, kann auf eine voneinander unabhängige Druckkraftbeaufschlagung ver­ zichtet werden. In diesen Fällen ist ein Druckkraftgeber ausreichend, der über 360° eine gleichmäßige Hubveränderung und damit hubabhängige Druckbeaufschlagung vornimmt.

Die Aufbringung der Druckkraft auf die einzelnen Segmente des Schnittwerkzeuges muß nicht notwendigerweise mit einzel­ nen Kolben und Führungselementen erfolgen, sondern kann, da die Dehnungs- und notwendigen Hubbewegungen doch relativ klein sind, auch durch elastische Materialverformungen vollzogen werden.

Erfindungsgemäß ausgebildete Schnittwerkzeuge können mit einem vergleichsweise dünnen Blatt ausgebildet werden. In­ nenspannung ist keine mehr notwendig. Darüberhinaus bringt das dünnere Blatt mit der durch den Druckkraftgeber hohen Planhaltigkeit einen stabilen Schnittfugenverlauf und eine Verringerung der Spanarbeit durch schmalere Schnittfugen. Letztere werden weiterhin dadurch verringert, daß es bei erfindungsgemäß ausgebildeten Schnittwerkzeugen möglich ist, durch die Auslenkungseinschränkungen auch noch eine Zurück­ nahme der bislang üblichen Zahnüberstandsdistanz zu prakti­ zieren.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Schnittwerk­ zeugs besteht darin, daß die Stärke des Außenkranzes unter­ halb der Schneidzähne wesentlich verringert werden kann, was zur Folge hat, daß den Spanströmungsturbulenzen mehr Raum geboten wird und dies letztlich auch wieder zur Verringerung der Schneidenergie führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an­ hand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schnittwerkzeuges,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Sägeblatt und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Kreissägeblatt 1 mit einem geschlos­ senen Außenkranz 2, an dem die Sägezähne 3 angeformt oder befestigt sind. Mit dem Zahnkranz 2 sind Segmente 4 verbun­ den, die durch Aussparungen 5 voneinander getrennt sind und die in der zentrischen Öffnung 6 münden. Das Kreissägeblatt 1 besteht somit aus einem geschlossenen Zahnkranz, an dem Segmente in Form von Speichen angeordnet sind, die ohne Verbindung miteinander in der zentrischen Mitte 6 enden.

Was das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 betrifft, so sind hier vier unterschiedliche Formen möglicher Segmente darge­ stellt. Das Segment 7 ist in Seitensicht rechteckförmig aus­ gebildet, während das Segment 8 in Abwandlung hierzu seine größte Breite in der zentrischen Mitte 6 aufweist, während es sich anschließend zum Zahnkranz 2 hin stetig verjüngt. Die beiden dargestellten Segmente 9 sind durch Aussparungen 5 voneinander getrennt, die zunächst im wesentlichen radial verlaufen und dann tangential abknicken, so daß die An­ schlußfläche des Segmentes 9 an dem Außenkranz 2 relativ klein ausgebildet ist, so daß dieser sich ohne wesentliche Behinderung durch den Steg 9 entsprechend der Erwärmung ausdehnen kann. Das Segment 10 wird gleichfalls durch Aus­ sparungen 5 begrenzt, die zunächst in etwa radial verlaufen und dann gleichsinnig tangential abgewinkelt sind, so daß hier wiederum eine kleine Anschlußbreite am Außenkranz 2 erhalten wird.

In Fig. 3 ist ein Sägeblatt 1 dargestellt, bei dem die Segmente 4 gleichmäßig ausgebildet sind.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist in der zentrischen Öffnung 6 ein Druckkraftgeber 11 angeordnet, der mit ver­ schiebbaren Kolben 12 versehen ist, die auf die Stirnflächen 13 der Segmente 4 drücken. Die Druckkraft zur Verschiebung der Kolben 12 kann entweder durch Federpakete oder aber durch hydraulische oder pneumatische Systeme erzeugt werden. Das Kreissägeblatt 1 wird seitlich auf der nicht dargestell­ ten Antriebswelle 14 mittels eines Flansches 15 in bekannter Weise gehalten. Druckkraftgeber und Flansch können getrennt voneinander ausgebildet werden. Vorteilhaft wird jedoch der Druckkraftgeber in den Flansch 15 integriert.

Das Kreissägeblatt 1 kann aufgrund der ständig vorhandenen Vorspannung, die auch bei starker Erwärmung der Peripherie des Kreissägeblattes 1 aufrechterhalten bleibt, im Quer­ schnitt wesentlich dünner ausgebildet werden als dies bisher der Fall ist. Darüberhinaus wird vorteilhaft der Außenkranz 2, der die Sägezähne 3 trägt, dünner ausgebildet als die Segmente 4, was den Fluß der auszutragenden Späne wesentlich erleichtert. Die Beaufschlagung der einzelnen Kolben 12 der Druckkraftgeber, die auf die Segmente 4 des Kreissägeblattes 1 einwirken, läßt eine voneinander unabhängige Hubbewegung zu. Bei Kreissägeblättern, bei denen keine örtlichen Verwer­ fungen zu befürchten sind, kann auch auf sämtliche Segmente die gleiche Hubbewegung einwirken, was den Herstellungsauf­ wand des Druckkraftgebers wesentlich verringert. Im einfach­ sten Fall können auch Materialdehnungen für die Aufbringung der Druckkraft benutzt werden, da die Längenänderungen, die vom Druckkraftgeber ausgeglichen werden müssen, nur im Be­ reich weniger Zehntel Millimeter liegen.

Um auch bei allgemein großen Belastungen ungleichmäßige Verschiebungen oder Ausknickungen zu vermeiden, können im Druckkraftgeber support- oder rundführungsähnliche Schieber oder Führungsflächen vorgesehen werden.

Claims (13)

1. Scheibenförmiges Schnittwerkzeug (1), insbesondere Kreis­ sägeblatt, mit einer zentrischen Öffnung (6) für die Befe­ stigung auf einer Antriebswelle, mit Aussparungen (5) in der Blattebene, die im Schnittwerkzeug (1) einzelne Segmente (4) (Speichen) erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in der zentrischen Öffnung ein Druckkraftgeber (11) angeordnet ist, über den jedes Segment (4) vom Zentrum (6) her mit einer einstellbaren Druckkraft beaufschlagbar ist.

2. Schnittwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnittwerkzeug einen geschlossenen Außenkranz auf­ weist, an dem die Segmente (4) angeformt sind und daß die Segmente (4) in der zentrischen Öffnung (6) enden und diese begrenzen.

3. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Anschlußfläche des Segmentes (4) am Außenkranz (2) kleiner oder höchstens gleich der maximalen Breite des Segmentes (4) ist.

4. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (5), ausgehend von der zentrischen Öffnung (6), zunächst im wesentlichen radial verlaufen und anschließend in einer im wesentlichen tan­ gential verlaufenden Richtung abgebogen sind.

5. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkräfte auf die Segmente (4) mittels Federn aufgebracht werden.

6. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkräfte mittels hydraulischer oder pneumatischer Systeme auf die Segmente (4) aufgebracht werden.

7. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Segmente (4) einwirkenden zentralen Druckkräfte einzeln regelbar sind.

8. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkraftgeber (11) die Segmente (4) in radialer, tangentialer und axialer Richtung fixiert und das Drehmoment von der Welle auf das Schnittwerkzeug (1) überträgt.

9. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Segmente über den Druckkraftgeber (11) mit Druckkraft in Abhängigkeit der Erwärmung und/oder der Auslenkung des Schnittwerkzeugs (1) erfolgt.

10. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Schnitt­ werkzeugs (1) unterhalb der Schneiden (S 2) dünner ausge­ bildet ist als die übrige Stärke der Blattebene (S 1).

11. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des verdünnten Berei­ ches (B 1) etwa dreimal der Höhe der Zähne (B 2) beträgt.

12. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Druck durch Dehnung eines Gehäuses, an dem die Segmente (4) angreifen, übertra­ gen wird.

13. Schnittwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennnzeichnet, daß der Druckkraftgeber (11) support- oder rundführungsähnliche Schieber oder Führungs­ flächen aufweist.