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Die
vorliegende Erfindung betrifft Werkzeuge mit einer kombinierten
abrasiven und Fragmentierungswirkung zur Herstellung von Profilen
oder Schnitten in Tafeln aus zerbrechlichem Material, wie Marmor,
Granit, Stein, Glas und dergleichen.
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Die
Herstellung von Umrissrändern
an Tafeln oder Platten aus verhältnismäßig zerbrechlichem Material,
wie Marmor, Stein, Granit, Glas oder dergleichen, das heißt eine
Tätigkeit,
die ein Vorschneiden auf Maß mit
einem Umriss einschließt,
der auf verschiedene Weisen gerade oder gekrümmt ist, beinhaltet ein Herstellen
des Randes in einer solchen Weise, dass eine Konfiguration in veränderlichen Formen
ermöglicht
wird. Die Form kann zum Beispiel ein Halbkreis oder ein Viertelkreis
oder ein anderes Profil sein, mit Kurven und möglicherweise mit Bereichen
mit einer hinterschnittenen Konfiguration. Ein solcher Herstellungsvorgang
erfordert das Entfernen von Material in beträchtlichen Mengen.
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Diese
Art von Herstellungsverfahren wurde bisher ausgeführt, indem
rotierende Diamantwerkzeuge mit einem Profil verwendet wurden, das
in umgekehrter Beziehung demjenigen entsprach, das auf dem Rand
der herzustellenden Materialtafel kopiert werden sollte. Im Stand
der Technik bestehen diese Werkzeuge aus Metall, auf dem unter Verwendung bekannter
Verfahren Diamanten aufgebracht werden, und die Werkzeuge wurden
gegen den Rand der herzustellenden Tafel anliegend mit hoher Geschwindigkeit
in Drehung versetzt, um das überschüssige Material
durch eine abrasive Wirkung zu entfernen, bis der Umriss mit der
gewünschten
Form erzielt war.
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In
der Praxis wurde das gesamte überschüssige Material
durch Abrasion entfernt, wobei am Ende ein Umriss zurückblieb,
der in Übereinstimmung
mit der Konfiguration des Werkzeugs geformt war. Anschließend wird
ein Endbearbeitungs- und Poliervorgang mit Hilfe von anderen diamanttragenden
Werkzeugen mit derselben Konfiguration ausgeführt.
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Die
FR-A-2 643 583 offenbart ein drehend arbeitendes Werkzeug zur Herstellung
von Profilen oder Schnitten in harten zerbrechlichen Materialien, umfassend
mindestens einen rotationssymmetrischen Körper mit einer Konfiguration,
die durch die Hüllkurve
des Umfangs einer Mehrzahl von kreisförmigen Teilen definiert wird,
welche äußerlich
mit Diamanteinrichtungen versehen sind, wobei die Konfiguration
in negativer Beziehung den auf den harten zerbrechlichen Materialien
herzustellenden Profilen oder Schnitten entspricht.
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Die
EP 0 940 237 A1 offenbart
ein System von modularen Elementen, umfassend eine Mehrzahl von
Scheibenelementen mit Diamantaußenringen
zum Zusammensetzen auf einer einzigen Antriebsspindel mit einem
Abstand ungefähr
gleich ihrer Dicke; wobei in den Zwischenräumen zwischen den Scheibenelementen
mechanische Fragmentierungseinrichtungen vorgesehen sind, um im
Wesentlichen durch Schlag zu wirken. Gegenüber dem in diesem Dokument
offenbarten System schlägt
die vorliegende Erfindung ein Werkzeug mit einem einzigen integralen
Körper
vor. Es wird angemerkt, dass die EP-A-0 940 237 ein Dokument ist,
das einen Stand der Technik gemäß Art. 54(3)
EPÜ bildet.
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Das
bekannte, bei der Entfernung von Material entlang des Randes einer
Marmortafel oder dergleichen beteiligte Arbeitsverfahren leidet
unter dem Nachteil, dass das gesamte überschüssige Material unter Verwendung
des diamanttragenden Werkzeugs durch Abrasion entfernt werden muss,
was einen beträchtlichen
Zeitaufwand zur Folge hat und einen übermäßigen Verschleiß des Werkzeugs
mit sich bringt, das weggeworfen werden muss, sobald es abgenutzt
ist, da es anders als die zur maschinellen Bearbeitung von Metallen
verwendeten Schneidwerkzeuge keinem Nachschärfverfahren unterzogen werden
kann.
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Ein
Werkzeug dieser Art ist zum Beispiel in der EP-B-0 478 518 dargestellt,
das ein Sensorelement aufweist, welches gegen die Oberfläche des Randes
der gerade bearbeiteten Materialtafel anliegend abrollt, so dass
eine konstante Schneidtiefe in den Rand der Materialtafel aufrechterhalten
wird, um ihrem Umriss sowohl auf einer geraden Linie und in einer
Kurve zu folgen.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein monolithisches Werkzeug
für die
Bearbeitung von zerbrechlichen Materialien der oben angegebenen Art
bereitzustellen, das eine durch die Diamanteinrichtungen erzeugte
abrasive Wirkung mit einer mechanischen Wirkung kombiniert, die
ein Zerbrechen des Materials beinhaltet, welches nicht vom diamanttragenden
Teil entfernt wird, wobei die Zerbrechlichkeitseigenschaften des
Materials, das gerade bearbeitet wird, ausgenutzt werden, und das
dadurch eine höhere
Verarbeitungsgeschwindigkeit zulässt,
wobei dieselbe Materialmenge entfernt wird, und niedrigere Werkzeugkosten
wegen der geringeren Diamantmenge, die bei der Konstruktion des
Werkzeugs verwendet wird.
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Dementsprechend
ist das Werkzeug der vorliegenden Erfindung durch Anspruch 1 definiert.
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Die
Mittel zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung in die Praxis werden
nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform veranschaulicht,
die gegenwärtig
bevorzugt wird und die anhand von nicht einschränkenden Beispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert wird, in denen:
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die 1 bzw. 2 axonometrische
Ansichten mit weggebrochenen Teilen einer ersten und zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Werkzeugs
zeigen,
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3 eine
auseinandergezogene Schnittansicht der in 1 dargestellten
Ausführungsform
des Werkzeugs ist,
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die 4A, 4B, 4C und 4D verschiedene
Ansichten der in 1 dargestellten Ausführungsform
des Werkzeugs zeigen; die eine Seitenansicht, eine Schnittansicht
entlang der Schnittlinie A-A in 4C, eine
Ansicht von oben bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie D-D
in 4B sind,
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5A, 5B, 5C und 5D verschiedene
Ansichten der in 2 dargestellten Ausführungsform
des Werkzeugs zeigen, die eine Seitenansicht, eine Schnittansicht
entlang der Linie A-A in 5C, eine
Ansicht von oben bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie D-D
in 5B sind,
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die 6A, 6B und 6C schematisch
aufeinanderfolgende Phasen bei der Bearbeitung des Randes einer
Materialtafel mit einem Werkzeug der in 1 oder 2 dargestellten
Art zeigen,
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die 7A, 7B, 7C und 7D Ansichten
von derselben Art wie die 4A bis 4D eines
Werkzeugtyps mit einem in Bezug zur Ausführungsform aus 1 modifizierten
Profil zeigen,
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die 8A, 8B, 8C und 8D Ansichten
von derselben Art wie die 5A bis 5D eines
Werkzeugtyps mit einen in Bezug zu der Ausführungsform aus 2 modifizierten
Profil zeigen,
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die 9A und 9B eine
Schnittansicht bzw. eine teilweise Seitenansicht eines Werkzeugs zur
Herstellung von Schnitten in einer Marmortafel oder dergleichen
zeigen, unter Verwendung der technischen Lehre des Werkzeugs, wie
in 1 und den zugehörigen Figuren dargestellt,
und
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die 10A und 10B eine
Schnittansicht bzw. eine teilweise Seitenansicht eines Werkzeugs
zur Herstellung von Schnitten in einer Marmortafel oder dergleichen
zeigen, unter Verwendung der technischen Lehre des Werkzeugs, wie
in 2 und den zugehörigen Figuren dargestellt.
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11 zeigt
eine teilweise Schnittansicht in vergrößertem Maßstab von einer bevorzugten
Ausführungsform
von Brechereinsätzen
oder -bolzen.
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Bezug
nehmend auf die 1, 3, 4A bis 4D und 6A bis 6C umfasst das
Werkzeug gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung einen einzigen Körper 1' (4A)
oder ein Paar Körper 1 und 2,
die rotationssymmetrisch sind, wobei er mit einer Durchgangsöffnung 3 zum Hindurchführen eines
Bolzens 5 versehen ist, um ihn an der Spindel einer Werkzeugmaschine
(nicht dargestellt) zu montieren.
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Die
Konfiguration des äußeren Teils
des Körpers 1', oder der Körper 1 und 2,
bildet in negativer Beziehung die Konfiguration ab, die auf dem
Rand einer Tafel oder Platte aus Marmor, Granit oder einem anderen
Stein oder aus Glas reproduziert werden soll.
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Die
negative Konfiguration wird von kreisförmigen Teilen 6 bis 13 gebildet,
mit der Konfiguration, wie dargestellt, und mit einer Lage von Diamantkörnern versehen,
die in einer dem Fachmann bekannten Weise auf ihrer äußeren Oberfläche angebracht ist.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die besondere, im Wesentlichen halbkreisförmige Konfiguration
der Hüllkurve
der kreisförmigen
Teile 6 bis 13 einen speziellen Fall darstellt,
der zur Vereinfachung der Darstellung verwendet wird und in keiner
Weise als einschränkend
ausgelegt werden soll.
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An
einer Stelle, die dem mittleren Teil des fraglichen Werkzeugs entspricht,
kann möglicherweise
ein Rollenlager 14 vorgesehen sein, das mit einem Leerlaufring 15 zusammenwirkt, der
nicht drehend von der Spindel der Werkzeugmaschine angetrieben wird,
vorzugsweise einer Werkzeugmaschine von der von Hand betätigten tragbaren
Art, der jedoch gegen den Umriss der gerade bearbeiteten Tafel anliegend abrollt,
um zu verhindern, dass sich das diamanttragende Werkzeug übermäßig tief
in den Rand der zu bearbeitenden Tafel einschneidet.
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Für einen
Fachmann wird klar, dass das Lager 14 und der Ring 15 überflüssig sein
können
und durch einen Ring ersetzt werden können, der wie die anderen kreisförmigen Teile 6 bis 13 mit
Diamanteinrichtungen versehen sein könnte oder der mit den kreisförmigen Teilen 9 und 10 einen
einzigen Körper bilden
könnte,
um eine durchgehende Diamantlage bereitzustellen. Zusätzlich braucht
das Werkzeug nicht in zwei Körper 1 und 2 unterteilt
sein, sondern kann ein monolithischer, maschinell bearbeiteter Block
(4A) sein. Eine Anordnung dieser Art könnte besonders
im Fall von starren Maschinen angemessen sein, wie denjenigen, die
eine CNC-Steuerung einschließen.
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Betrachtet
man nun die fraglichen Figuren, wird man feststellen, dass zwischen
den kreisförmigen
Teilen 6 bis 13 Rinnen oder Nuten 20 bis 25 vorgesehen
sind, welche die von den kreisförmigen
Teilen 6 bis 13 gebildete halbkreisförmige Hüllkurve
unterbrechen.
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In
die Nuten 20 bis 25 ragen Einsätze, wie Bolzen 30 (diese
kann man insbesondere in den 3 und den 4A bis 4C sehen),
die in die Zwischenräume
oder Nuten 20 bis 25 zwischen den kreisförmigen Teilen 6 bis 13 eingesetzt
sind und die im Gegensatz zur abrasiven Wirkung des äußeren diamantbeschichteten
Randes der kreisförmigen
Teile im Wesentlichen in einer schlagenden Weise wirken, bevorzugt
mit einem angewinkelten Aufschlag.
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Diese
Einsätze
oder Bolzen 30 werden in geeignete Sitze in den kreisförmigen Teilen 6, 8, 11 und 13 eingepasst,
indem sie darin eingeschraubt werden, oder indem sie darin befestigt
oder eingebettet werden, oder indem sie darin eingepresst werden, oder
in einer anderen Weise, und sie sind aus hartem zähem Metall,
wobei sie möglicherweise
mit Diamanteinrichtungen darauf versehen sind, oder aus Widia oder
dergleichen hergestellt. Die Anzahl und die Winkelverteilung solcher
Einsätze
hängt von
den Durchmesserabmessungen des Werkzeugs ab, an dem sie angebracht
sind, sowie von den zugehörigen
kreisförmigen
Teilen.
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Der
Zweck der fraglichen Nuten und der fraglichen Einsätze wird
durch Betrachtung der 6A bis 6C deutlich
sichtbar. In dem in diesen Figuren dargestellten nicht-einschränkenden
Beispiel soll durch den maschinellen Bearbeitungsvorgang der Steinplatte 40 die
Hüllkurve
der hohlen Konfiguration des Werkzeugs 31 kopiert werden.
Die Steinplatte 40 weist zu Beginn einen Vierkantrand 41 auf,
der geradlinig oder gekrümmt
ist, wobei er in vorbereitenden maschinellen Bearbeitungsvorgängen hergestellt
worden ist. Während
sich das Werkzeug 31 in Richtung des Pfeils F annähert, schneiden
sich die diamanttragenden Teile 32 (6A) durch
Abrasion des Materials in die Steinplatte 40 ein. Falls
die Materialtafel 40 aus einem zähen Material wäre, wie
Metall, wäre
das Ergebnis des oben erwähnten
maschinellen Bearbeitungsvorgangs die Bildung von Rippen 42,
wie in 6B dargestellt, jedoch sind
Marmor, Stein, Granit, Glas oder dergleichen zerbrechliche Materialien,
und somit würde
die Einwirkung der Nuten 20 bis 25 und der Einsätze 30 ein
Zerbrechen der oben erwähnten
Rippen 42 verursachen, wobei eine verhältnismäßig raue Oberfläche 43 zurückbleibt,
wie in den 6C dargestellt, welche Oberfläche unter Verwendung
von anderen abrasiven Werkzeugen von konventioneller Art, allgemein
Diamantwerkzeugen mit zunehmend feinerer Körnung, auf die geforderte Konfiguration
endbearbeitet und poliert werden kann, um die endgültige maschinell
bearbeitete Oberfläche
zu erzeugen, so wie sie gewünscht
wird.
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Es
wird wieder angemerkt, dass die Hüllkurve des hohlen Teils des
Werkzeugs 31 nur anhand einer nicht-einschränkenden
Angabe angegeben wird.
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Es
sollte auch angemerkt werden, dass das Vorhandensein der Einsätze 30 notwendig
ist, wenn die Nuten 20 bis 25 von einer Höhe in der
Größenordnung
von 2 bis 2,5 Millimetern sind.
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Bei
der in 2 und in den 5A bis 5D dargestellten
Ausführungsform
sind die Nuten 20 bis 25 von einer Höhe, die
nicht größer als etwa
2 Millimeter ist. In einem solchen Fall sind die Einsätze 30 nicht
notwendig, da das Zerbrechen der Rippen 42 wegen der Auswirkung
der unvermeidbaren Vibration der Werkzeugmaschine in jedem Fall stattfinden
wird, ganz egal ob es ein tragbares Werkzeug oder ein CNC-Werkzeug
ist; auch wegen der Tatsache, dass die Diamantränder 32 der kreisförmigen Teile 6 bis 13 Mikroeinschnitte
erzeugen werden, die ein Zerbrechen der Rippen 42 im Zusammenwirken
mit dem Schmier-/Kühl-Wasser
erleichtern werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
braucht das Werkzeug nicht mit dem Lager 14 und dem zugehörigen Leerlaufring 15 (5A)
versehen sein, und zudem kann es von einer Konfiguration sein, die
einen einzigen Körper 1' oder zwei Körper 1' und 2' (5A)
einschließt,
oder es kann der Einschluss des oben erwähnten Lagers 14 und
des Leerlaufrings 15 vorgesehen sein (5B).
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Die 7A bis 7D und
die 8A bis 8D zeigen
verschiedene Ansichten eines Werkzeugs von der in 1 bzw. 2 dargestellten
Art, das jedoch auf dem Rand einer Tafel aus Marmor, Stein oder
dergleichen einen maschinellen Bearbeitungsvorgang ausführen soll,
der einem Profil folgt, das eine spitze Konfiguration bzw. einen
Viertelkreis beinhaltet; es kann breitere Nuten und Einsätze 30 aufweisen,
oder es kann schmalere Nuten aufweisen und ohne die Einsätze sein.
Auch bei dieser Ausführungsform
kann das Werkzeug mit dem Lager 14 und dem zugehörigen Leerlaufring 15 versehen
sein, oder auch nicht.
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Eine
weitere ausführliche
Erörterung
wird hier nicht als notwendig angesehen.
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Die 9A und 9B zeigen
ein Werkzeug, das fräsende
Einschnitte oder schleifende Einschnitte in Tafeln aus Marmor, Granit,
Stein, Glas oder dergleichen herstellen soll, welches das erfindungsgemäße Konzept
verwendet, wie in 1 angegeben.
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Die
in 9A dargestellte Konstruktion ist im Wesentlichen
diejenige eines Fräswerkzeugs
vom Einsatz-Typ oder Kerzen-Typ, das allgemein durch das Bezugszeichen 50 angezeigt
wird, wobei es einen Schaft 51 zur Befestigung an der Spindel
einer Werkzeugmaschine aufweist. Am Ende des Schaftes 51 ist
eine Mehrzahl von diamanttragenden Ringen 52 vorgesehen,
die durch Nuten 53 beabstandet sind, in die Einsätze oder
Bolzen aus hartem zähem Metall
oder diamantbeschichtete Einsätze
ragen, wie bei 54 angezeigt. Die Nuten 53 und
die Einsätze 54 erfüllen dieselbe
Funktion wie die Nuten 20 bis 25 und die Einsätze 30,
die in 1 und den zugehörigen Figuren dargestellt sind.
Die dargestellte Konstruktion sieht auch einen Kanal 55 für die Zufuhr
von Schmier- und Kühlwasser
vor, das an in den Nuten 53 angeordneten Umfangsöffnungen 56 austritt.
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Der
abschließende
Endteil 57 ist mit einem weiteren diamanttragenden Ring 58 versehen,
um ein fräsendes
Schneidwerkzeug vom bohrenden Napf-Typ bereitzustellen, um imstande
zu sein, an einer beliebigen Stelle der Oberfläche einer Marmortafel und dergleichen
einzudringen, und somit imstande zu sein, jegliche Art von Schnitt
auszuführen,
sogar mit einer geschlossenen Konfiguration. Dies kann erfolgen,
um mit einer Öffnung
von größerem Ausmaß als der
durch den Ring 58 begrenzten Querschnittsfläche zu beginnen,
zum Beispiel einer Öffnung
in einer Küchenarbeitsplatte
zur Aufnahme eines Spülbeckens.
Die Einsätze
oder Bolzen aus hartem Metall 54 sind notwendig, wenn die
Höhe der
Nuten 53 größer als
etwa 2 Millimeter ist.
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Die 10A und 10B zeigen
ein Werkzeug ähnlich
wie dasjenige, das in den 9A und 9B dargestellt
ist, das jedoch die Lehre der in 2 dargestellten
Ausführungsform
anwendet, das soll heißen
ohne die Metalleinsätze
aber kombiniert mit einer Höhe
der Nuten von weniger als 2 Millimetern, wodurch das Zerbrechen
des Materials aufgrund der Schwingungen der Maschine selbst erfolgt.
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In
den 10A und 10B sind
Teile, die denjenigen der 9A und 9B entsprechen, durch
dieselben Bezugszeichen bezeichnet, unter Hinzufügen von Indices.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der oben beschriebenen Einsätze
oder Bolzen 30 ist in 12 dargestellt.
In dieser Figur sind Einsätze
oder Fragmentierungsbolzen 30a als Kegelstumpf geformt,
um beim angewinkelten Aufschlagvorgang gegen die Rippen 42 des
bearbeiteten Materials eine bessere Fragmentierungswirkung zu erzielen.
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Natürlich wird
klar sein, dass diejenigen Abmessungen, die oben angegeben worden
sind, so angesehen werden sollen, als ob sie rein anhand von nicht-einschränkenden
Angaben angegeben worden sind, und sie können entsprechend der Art des
zu bearbeitenden Materials (Korngröße, Härte, Zerbrechlichkeit, Mikrostruktur
usw.) variieren.
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Dieselben
Betrachtungen gelten auch im Hinblick auf die Form und Anzahl der
diamanttragenden Ringe oder Scheiben. Zusätzlich wird wiederholt, dass
die Kurve, die das endgültige
Profil der diamanttragenden Oberfläche bestimmt, lediglich als
Angabe im Hinblick auf eine praktische Ausführungsform des Konzepts der
vorliegenden Erfindung und der Mittel zur Umsetzung derselben ausgelegt
werden soll. Es ist somit mit den Fähigkeiten eines Fachmanns möglich, zahlreiche
alternative Konfigurationen vorzusehen, ohne dadurch den Umfang
des vorliegenden Schutzes zu verlassen.