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Verfahren zur Bearbeitung von Gestein, insbesondere Hartgestein Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Gestein, insbesondere
Hartgestein, wie z. B. rheinische Basaltlava.
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Man hat bereits vorgeschlagen, die Bearbeitung von Steinplatten nach
dem bekannten Vorbild der spanabhebenden Bearbeitung metallischer Oberflächen vorzunehmen,
indem das Werkstück zur Durchführung der Bearbeitung an dem Werkzeug, oder das Werkzeug
an dem Werkstück, mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit vorbeigeführt wurde.
Das Werkzeug war hierbei meist drehbar und bestand gewöhnlich aus einem an sich
be-kannten Fräserkopf mit mehreren Schneidstählen.
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Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß man
selbst Hartstein, z. B. rheinische Basaltlava oder Hartbasaltlava, maschinell mit
Fräsmaschinen bearbeiten kann, wenn man Schnittiefe und Schnittgeschwindigkeit entgegen
den bisherigen Vorstellungen so groß wählt, daß, ähnlich wie bei bekannten Hobelmaschinen,
keine eigentliche Abhebebearbeitung bzw. Zerstäubung eintritt, sondern daß ein Abplatzen
oder Absprengen ganzer Brocken bewirkt wird.
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Bei bekannten Maschinen wurde ein Abplatzen von Gesteinsbrocken dadurch
erreicht, daß in üblicher Art ein oder mehrere Schlitze in das Gesteilt eingefräst
oder eingeschrämt wurden. Ein besonderer Teil des Werkzeuges oder eine zusätzliche
Einrichtung besorgte alsdann durch Hebelwirkung od. dgl. sekundär ein Abbrechen
des freigeschrämten Gesteinsabschnittes. Es sind auch unter Ausnutzung der Fliehkraft
arbeitende Meißel- bzw. Rillmaschinen bekanntgeworden, bei denen ein Abplatzen mehr
oder minder großer Gesteinsstücke
bewirkt wird, wobei aber die Maschinen
mit hohen Tourenzahlen und geringem Vorschub arbeiten.
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Das neue Verfahren dagegen wird mit Hilfe einer Fräsmaschine unter
Benutzung geringer Arbeitsgeschwindigkeiten und großen Vorschubs und entsprechender
Spantiefen so ausgeübt, daß ausschließlich durch Berührung zwischen bearbeitendem
Werkzeug und Gestein primär Gesteinsbrocken zum Abplatzen gebracht werden, und zwar
infolge örtlicher überbelastung an der jeweiligen Eingriffsstelle. Dabei ist der
Anstellwinkel der Werkzeugstähle zweckentsprechend zu wählen.
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Bei Benutzung bekannter Vertikalflächenfräsmaschinen wird es häufig
erforderlich sein, die Zahl der Werkzeuge am Messerkopf zu verringern, da sonst
selbst nach Erhöhung der Vorschubgcschwindigkeiten der Vorschub zwischen dem Ansatz
der einzelnen Messer im Sinn des neuen Verfahrens noch nicht ausreicht.
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Die Erzielung ausreichender Schnittiefen läßt sich nach einem yveiteren
Merkmal der Erfindung durch eine staffelförmige Anordnung der Werkstähle unterstützen,
wobei die treppenförmige Anordnung von beispielsweise zwei Stählen nebeneinander
das Abplatzen der Steinbrocken er-=leichtert. .-Diese und weitere Merkmale der Erfindung
sind im nachfolgenden an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. i veranschaulicht die vertikale Arbeitsspindel einer Fräsmaschine
mit Messerkopf bei der erfindungsgemäßen Bearbeitung eines Werkstückes; Fig.2 zeigt
die stufenförmige Anordnung der Werkstähle; Fig. 3 zeigt eine Abänderungsmöglichkeit
zti Fig. 2 ; Fig.4 dient zur Erläuterung der zur Kennzeichnung der Erfindung benutzten
Begriffe.
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In Fig. i ist a die vertikale Werkzeugspindel und h der Messerkopf.
Am Umfang des Messet= kopfes b ist eine geeignete Anzahl von beispielsweise , sechs
bis zwölf Bearbeitungsstählen c angeordnet. Die Anzahl dieser Stähle richtet sich
nach der mit der Maschine erreichbaren Vorschubgeschwindigkcit. Die Anzahl der Stähle
muß im Gegensatz zu den bisherigen Anschauungen in der Metallbearbeitung um so geringer
sein, je kleiner diese Vorschubgeschwindigkeit ist, weil ein gewisser Mindestvorschub
Voraussetzung für den erfindungsgemäßen Effekt ist-. Bleibt man unter diesem' Vorschub,
so tritt nichts anderes ein als eine Zerstäubung des Steinmaterials, die mit ihrer
Schmirgelwirkung zu einem vorzeitigen Verschleiß der Werkzeuge führt und damit eine
Bearbeitung praktisch unmöglich macht.
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Werden umgekehrt Vorschub und Schnittiefe ausreichend groß gewählt,
tritt der erfindungsgemäße Effekt ein, der augenscheinlich die Schnelligkeit und
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens außergewöhnlich steigert.
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Die Bearbeitungsflächen d der Stähle können in an sich bekannter Weise
mit Hartstahlplättchen belegt sein. Das Werkstück ist mit e bezeichnet und auf einem
Werkstückhalter befestigt, der mit der erfindungsgemäßen Vorschubgcsch-,vindigkeit
in Richtung des Pfeiles/ bewegt wird.
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An dem Werkzeugkopf kann gleichzeitig noch ein Schlichtstahl vorgesehen
sein, der lediglich noch die Aufgabe hat, im glcicheii Arbeitsgang noch die nach
dem Abplatzen der Steinbrocken verbliebenen Unebenheiten abzunehmen und das Werkstück
maßgerecht zu machen.
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Fig.2 zeigt eine stufenförmige Anordnung von zwei Stählen cl, c.>
an jeder Arbeitsstelle des Messerkopfes bzw. an einer Hobelmaschine od. dgl. Der
zweite, beim Messerkopf innenliegende Stahl c_> faßt tiefer und kann zweckmäßig
gegenüber dem anderen in Arbeitsrichtung versetzt angeordnet werden. Im allgemeinen
wird man den tiefer greifenden Stahl etwas @urü-ksctz,en, wobei auch die Anstellwinkel
beider Stähle verschieden , gewählt werden können. Diese Anordnung gibt einmal die
Möglichkeit, eine größere Arbeitsleistung in einem Arbeitsgang zu erreichen, zum
anderen, bei größerer Gesamtschnittiefe mit kleineren Hartstahlplättchen d auszukommen.
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Fig. 3 zeigt, wie darüber hinaus das innenliegende, tiefer greifende
Messer c, eine Form haben kann, die ein Unterschneiden der abplatzenden Brocken
bewirkt und dadurch den erfindungsgemälZen Absprengvorgang unterstützt. Das Messer
c2 kann in diesem Fall auf gleicher Höhe wie das höher greifende Messer ei angeordnet
sein oder diesem sogar etwas vorauseilen. Unter Umständen können die Messerstähle
auch in drei oder mehr Stufen :entsprechciid Fig. 2 oder 3 angeordnet werden.
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Fig. ¢ veranschaulicht noch einmal die für die Erfindung wesentlichen
Definitionen. Die Schnitttiefe s bedeutet die Dickenabnahme des Werkstückes e während
eines Bearbeitungsvorganges. Rechtwinklig hierzu liegt die Größe des Vorschubs v;
das ist die hcl@itivverschiebung von Werkzeug und Werkstück zueinander, bevor das
folgende Messer eingreift, bzw. bei Hobelmaschinen, vor dem nächsten Arbeitsgang
des Stahls. Die Schnittgeschwindigkeit n endlich bedeutet die Geschwindigkeit, mit
der sich das Messer c während des Bearbeitungsvorganges gegenüber dem Werkstücke
bewegt. Diese Geschwindigkeit soll hoch .sein, und gleichzeitig müssen s und i,
ausreichend groß gewählt werden. Beispielsweise betragen diese Größen bei
| Fräsmaschinen Hobelmaschinen |
| v = etwa 3 mm v TO MM |
| g = 6o m/min. g - - 15 m/m in |
| s = 20 mm s 4 mm |
| (Stufenkopf nach Fig. 2) |
Dias neue Verfahren ist für alle möglichen Hartgesteine, z. B. auch für Granit,
geeignet. Im allgemeinen ist die Eignung für das neue Verfahren um so besser,
je spröder die Kristalle sind, oder je mehr Gesteinsglas in (lein Gestein
enthalten ist; b denn um so günstiger sind die Vorbedingungen für das bewußt angestrebte
Abplatzen ganzer Brocken.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht
auch die maschinelle Bearbeitung und Herstellung von Werkstücken aus Hartstein,
die auf Grund ihrer genauen malfaltigen Bearl.eitung ohne weiteres als Fertigteile
für den Einbau in Maschinensätze benutzt «erden können.
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Natürlich ist die Durchführung der Erfindung nicht an die beschriebenen
maschinellen Vorrichtungen gebunden. Beispielsweise wäre es auch denkbar, den ertinduiigsgemähcii
Abplatzeffckt mit einem Stirnfräscr zu erzielen. Es würde für diesen Fall genügen,
den Dur,7hmesser eines solchen Fräsers ausreichend zu vergröl;ern und Zahnzahl und
Schnittgeschwindigkeit richtig aufeinander abzustimmen. Durch weitere VergröL-lerung
des Durchmessers eines derartigen Stirnfräsers und Verringerung seiner Breite würde
man auf diesem Umweg zu einem Sägeblatt kommen, 'das ebenfalls nach dem Prinzip
der Erfindung arbeitet und das Teilen von Blöcken in Platten billiger besorgt als
die heute üblichen Sägen. Ein solches Sägeblatt wäre gekennzeichnet durch eine verhältnismäbig
geringe Anzahl von Hartmetallzähnen auf dem Umfang. Das Sägeblatt läuft bei großem
Vorschub des Werkstückes mit geringer Geschwindigkeit um, so daß sich eine absprengende
Wirkung der Zähne ergibt.