DE9314616U1

DE9314616U1 - Formfräser

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Publication number: DE9314616U1
Application number: DE9314616U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2003-09-23
Also published as: DE4335875A1

Description

Rupert Heiß
Weidenstraße 21

12623 Berlin

HSS102

Formfräser

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Formfräser zur Herstellung von Schwalbenschwanznuten in nichtmetallischen Werkstoffen wie Holz oder Kunststoff, mit einem Fräserschaft, an dessen Ende Schneidkörper in regelmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind, welche jeweils eine Umfangsschneide und eine Stirnschneide aufweisen, wobei ein innerer Umfangsschneidenabschnitt mit kleinem Schnittradius im wesentlichen axial verläuft und ein schräger Umfangsschneidenab-

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schnitt den inneren Umfangsschneidenabschnitt mit der Stirnschneide, welche einen großen Schneidradius aufweist, verbindet.

Die Zwischenräume zwischen den Schneidkörpern bilden die Spankammern des Formfräsers.

Derartige Formfräser dienen insbesondere dem nachträglichen Anbringen von Schwalbenschwanznuten in Fensterrahmen und -flügel, Türrahmen etc., wobei in diese Schwalbenschwanznuten Dichtungsprofile zur Abdichtung der Fenster oder Türen einschiebbar sind. Hierzu wird der Fräserschaft des Formfräsers in das Dreibackenfutter einer Handfräs- oder Bohrmaschine eingespannt, welche mittels einer geeigneten Führungsvorrichtung entlang einer Referenzkante des Rahmens oder Flügels geführt wird. Dabei dringt das vordere Ende des Formfräsers in das Holz- oder Kunststoffmaterial der Tür oder des Fensters ein und erzeugt in einem Arbeitsgang die Schwalbenschwanznut.

Der innere Umfangsschneidenabschnitt mit dem kleinen Schnittradius erzeugt den im Bereich der Oberfläche des zu bearbeiteten Gegenstandes liegenden schmalen Öffnungsspalt. Die schrägen Umfangsschneidenabschnitte erzeugen die schrägen Seitenflanken der Schwalbenschwanznut und die Stirnschneide erzeugt die Grundfläche der Schwalbenschwanznut.

Da der Formfräser in einer von Hand geführten Fräsmaschine eingespannt ist, welche mit einem geeigneten Anschlag gegen den zu bearbeitenden Gegenstand anliegt, ist darauf zu achten, daß beim Fräsvorgang keine zu großen Kräfte entstehen, welche den Fräser quer zur Vorschubrichtung oder aus

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der Ebene des zu bearbeitenden Gegenstandes herausdrücken können. Zu große Kräfte würden die Handhabung des Handfräsgerätes wesentlich erschweren und zu einem unregelmäßigen Verlauf der Schwalbenschwanznut führen.

Die bekannten Formfräser zur Herstellung von Schwalbenschwanznuten weisen zwei diametral gegenüberliegende Schneidkörper auf. Die beiden Schneidkörper haben eine relativ kleine Stirnfläche, so daß durch die Späne, die bei der Bearbeitung entstehen, nur eine geringe Kraft in axialer Richtung auf den Formfräser wirkt. Es besteht also nicht die Gefahr, daß der Formfräser aus der Ebene des zu bearbeitenden Gegenstandes herausgedrückt wird. Ein zweischneidiger Formfräser weist den wesentlichen Nachteil auf, daß jeweils nur eine Schneide im Eingriff mit dem Werkstoff des zu bearbeitenden Gegenstandes ist. Aus diesem Grund entstehen recht unregelmäßige Schnittkräfte und der zweischneidige Formfräser hat einen unruhigen Lauf. Weiterhin ist die Vorschubgeschwindigkeit des zweischneidigen Formfräsers relativ gering. Schließlich verschleißen die Schneiden des zweischneidigen Formfräsers recht schnell und ermöglichen nur die Bearbeitung von etwa 30 bis 40 m Holzwerkstoff.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Formfräser zu schaffen, der bei erhöhter Bearbeitungsgeschwindigkeit und Standfestigkeit einen ruhigeren Lauf aufweist, ohne daß beim Fräsvorgang unzulässig hohe Kräfte entstehen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Ende des Fräserschaftes mindestens drei Schneidkörper angeordnet sind und die Stirnschneiden einen Winkel 1 von
mindestens 5°, vorzugsweise 15°, zur radialen Richtung des Fräsers aufweisen, so daß alle Stirnschneiden im wesentlichen auf einer konkaven Kegelfläche liegen.

Bei einem Fräser mit mindestens drei Schneidkörpern befinden sich gleichzeitig mindestens zwei Schneiden im Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstoff, so daß die Schwankungen der Schnittkräfte sehr gering sind. Da die drei Schneidkörper eine größere Stirnfläche als zwei Schneidkörper aufweisen, besteht die Gefahr, daß der Formfräser durch Bearbeitungsspäne, welche sich zwischen die Grundfläche der Schwalbenschwanznut und die Stirnfläche des Formfräsers legen, aus der Schwalbenschwanznut herausgedrückt wird. Diese Gefahr wird dadurch beseitigt, daß die Stirnschneiden um mindestens 5° und vorzugsweise 15° zur radialen Richtung des Formfräsers schräg gestellt sind. Dadurch befinden sich nur die äußeren Spitzen der Stirnschneiden im Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstoff. Die inneren Bereiche der Stirnflächen liegen im wesentlichen auf einer konkaven Kegelfläche und geben ausreichend Raum für die Ablagerung und den Abtransport der Bearbeitungsspäne frei.

Vorzugsweise sind der Fräserschaft und die Schneidkörper einstückig miteinander verbunden. Der Formfräser kann wie ein Spiralbohrer aus einem stangenformigen Rohling gefertigt werden.

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Um ein Überhitzen der Stirnschneiden, welche sich während der gesamten Bearbeitungsdauer in Kontakt mit der Grundfläche der Schwalbenschwanznut bzw. den zwischen der Grundfläche und der Stirnfläche abgelagerten Bearbeitungsspänen befinden, zu vermeiden, weisen die Stirnschneiden vorzugsweise einen Freiwinkel von mindestens 7° und vorzugsweise 15° auf. Hierdurch wird der Flächendruck zwischen den Stirnflächen der Schneidkörper und den Bearbeitungsspänen zusätzlich herabgesetzt und die Schneidkörper werden im Bereich der Stirnschneiden ausreichend gekühlt.

Der Freiwinkel der Umfangsschneiden beträgt vorzugsweise 3 0 bis 60°. Um eine ausreichende Kühlwirkung der Freiflächen der Umfangsschneiden zu erzeugen, können die Freiflächen abgewinkelt oder gewölbt verlaufen. Hierdurch ergibt sich ein kleiner Freiwinkel in unmittelbarer Nähe der Umfangsschneiden und die Stabilität der Umfangsschneiden wird insbesondere im Eckbereich der Schneidkörper, in dem die Umfangsschneiden an die Stirnschneiden grenzen, erhöht.Mit weiterem Abstand zu den Umfangsschneiden vergrößert sich der Freiwinkel und die Kühlung der Freiflächen wird erhöht.

Wie bei konventionellen Spiralbohrern für Handbohrmaschinen ist es auch bei dem erfindungsgemäßen Formfräser vorteilhaft, wenn der Radius des Fräsersschaftes mindestens so groß ist, wie der Schnittradius der Stirnschneiden. So kann, wie oben erwähnt, der erfindungsgemäße Formfräser aus einem stangenförmigen Metallkörper herausgearbeitet werden.

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In diesem Fall ist es weiterhin möglich, beide Ende des Fräserschaftes mit Schneidkörpern zu versehen, so daß bei Verschleiß eines Endes des Formfräsers dieser gewendet werden kann und mit dem zweiten Fräserende weitergearbeitet werden kann. Die Umfangsschneiden und Stirnschneiden der Schneidkörper, welche nicht aus der Kontur des Fräserschaftes herausragen, werden beim Einspannen des Fräserschaftes in ein Dreibackenfutter einer Handfräsmaschine nicht beschädigt.

Ein Formfräser, der zur Herstellung einer Schwalbenschwanznut in einem Fensterrahmen oder -flügel zum Anbringen eines Dichtungsprofils besonders geeignet ist, weist die folgenden Maße auf:

Durchmesser des Fräserschaftes: 6 mm

Schnittradius der Stirnschneiden: 3 mm
Schnittradius der inneren Umfangs-

schneidenabschnitte: 1,4 mm
Winkel der schrägen Umfangsschneiden

zur axialen Richtung: 30°.

Hierdurch entsteht eine Schwalbenschwanznut mit einem etwa 2,8 mm breiten Öffnungsspalt und einer etwa 6 mm breiten Grundfläche. Die Tiefe der Schwalbenschwanznut ist abhängig von der Tiefe des Öffnungsspaltes. Die Tiefe des Öffnungsspaltes sollte nicht größer sein als 1 mm, so daß sich eine gesamte Nuttiefe von etwa 3,3 mm ergibt.

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Um eine möglichst große Standzeit des Formfräsers zu verwirklichen, sollte er aus einem harten metallischen Werkstoff bestehen. Es eigenet sich beispielsweise Widia-Stahl, ein Hartmetall, z.B. K30 oder ein Sintermetall z.B. GT20. Dreischneidige Formfräser aus derartigen Werkstoffen weisen nahezu die doppelte Standzeit wie zweischneidige Formfräser auf.

Die harten Werkstoffe lassen sich durch Schleifmaschinen, beispielsweise CNC-Schleifmaschinen mit Diamantschleif scheiben, zur Ausbildung der Formfräser bearbeiten. Durch die vorteilhafte Formgebung des Formfräsers ist ein schnelles und kostengünstiges Herstellungsverfahren durch Formschleifen möglich. In einem ersten Arbeitsgang werden die mindestens drei Spankammern mit der Stirn- und der Umfangsflache einer Formschleifscheibe hergestellt. Anschließend werden die Freiflächen der Stirnschneiden im Stirnschleifverfahren hergestellt. Der Freiwinkel der Freiflächen der Stirnschneiden ist durch die Programmierung der CNC-Fräsmaschine genau einzuhalten. Abschließend werden mit einer Formschleifscheibe die Freiflächen der Umfangsschneiden erzeugt. Durch eine geeignete Führung der Formschleifscheibe läßt sich der gewünschte, gegebenenfalls gewölbte oder abgewinkelte Verlauf der Freiflächen der Umfangsschneiden erzeugen.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formfräsers weist einen zusätzlichen Umfangsschneidenabschnitt auf, der bogenförmig verläuft. Dieser Formfräser dient insbesondere dem Anbringen der Schwalbenschwanznuten in rechtwinkligen Innenwinkeln einer Rahmen- oder Flügelfalz. Die Handfräsmaschine wird derart in der Falz geführt, daß die Achse des Fräswerkzeuges auf der Winkelhalbierenden des In-

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nenwinkels liegt. Der Formfräser dringt soweit in den Werkstoff ein, daß er die Schwalbenschwanznut und zwei rechts und links der Schwalbenschwanznut liegende Freischnitte mit bogenförmigem Querschnitt erzeugt. Die Freischnitte werden von den in axialer Richtung des Fräsers oberhalb der inneren Umfangsschneidenabschnitte liegenden bogenförmigen Umfangsschneidenabschnitten erzeugt.

Die Dichtungsprofile aus Silikon, die durch die Schwalbenschwanznut gehalten werden sollen, weisen eine schwalbenschwanz förmige Verankerung, die in die Schwalbenschwanznut eingedrückt wird, und einen schlauchförmigen Dichtkörper auf. Die bogenförmigen Freischnitte dienen der Aufnahme des an die Verankerung des Dichtungsprofils angrenzenden Bereiches des schlauchförmigen Dichtkörpers.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Zeichnungsbeschreibung.

Die Zeichnungen zeigen in:

Figur 1: die Seitenansicht eines Endes des erfindungsgemäßen Formfräsers,

Figur 2: die Draufsicht auf den Formfräser aus Figur

1,

Figur 3: den gesamten Formfräser in Seitenansicht,

Figur 4: ein Ende des Formfräsers im Eingriff mit

dem zu bearbeitenden Gegenstand,

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Figur 5: eine Draufsicht gemäß Figur 2, mit alternativen Verlaufen der Freiflächen der Umfangsschneiden

Figur 6: eine alternative Ausführungsform des Formfräsers im Eingriff mit dem zu bearbeitenden Gegenstand.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Formfräser besteht aus einem runden Fräserschaft 1 und drei aus dem Material des Fräserschaftes 1 herausgearbeiteten Schneidkörpern 2. In Draufsicht sind drei im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Flächen der Schneidkörper zu erkennen, nämlich die Spanfläche 3 und die Freifläche 4 der Umfangsschneide 5 sowie die Rückfläche 6 des Schneidkörpers 2. Die Spanfläche 3 der Umfangsschneide 5 und die Rückfläche 6 des angrenzenden Spankörpers 2 bilden eine Spankammer des Formfräsers.

Die Umfangsschneide 5 setzt sich zusammen aus einem inneren Umfangsschneidenabschnitt 5' und einem schrägen Umfangsschneidenabschnitt 5''. Der Winkel zwischen dem schrägen Umfangsschneidenabschnitt 5'' und der axialen Richtung des Formfräsers beträgt 30°.

An die Enden der schrägen Umfangsschneidenabschnxtte 5'' schließen sich die Stirnschneiden 7 an und verlaufen auf die Achse des Formfräsers zu. In der linken Hälfte von Figur 1 ist der Verlauf der Stirnschneide 7 zu erkennen. Sie weist einen Winkel 1 von 15° zur radialen Richtung des
Formfräsers auf, so daß alle drei Stirnschneiden 7 auf einer konkaven Kegelfläche liegen. Innerhalb dieser konka-

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ven Kegelfläche verbleibt genug Raum für die Ablagerung und den Abtransport der Bearbeitungsspäne bei der Herstellung der Schwalbenschwanznuten.

Der Spanwinkel der Umfangsschneide 5 und der Stirnschneide 7 beträgt 0°, so daß Stirnschneide 7, die Umfangsschneide 5 und die beiden Schneiden gemeinsame Spanfläche 3 in einer Ebene liegen.

Die Stirnflächen der Schneidkörper bilden die Freiflächen 8 der Stirnschneiden 7. Der in der rechten Hälfte der Figur 1 eingezeichnete Freiwinkel 2 der Stirnschneiden 7 beträgt
15°. Der Freiwinkel 3 der Umfangsschneiden, der in Figur 2
erkennbar ist, beträgt 45°.

In der Figur 3 ist der gesamte Formfräser zu erkennen. Da der maximale Schnittradius des Formfräsers, d.h. der Schnittradius der Stirnschneiden 7, kleiner ist als der Radius des Fräserschaftes 1, ist es möglich, an beiden Enden des Fräserschaftes 1 ein Fräswerkzeug anzubringen. Beim Einspannen des Fräserschaftes 1 kann dieses Fräswerkzeug nicht durch das Einspannfutter beschädigt werden.

Sämtliche Zeichnungen des Fräswerkzeuges in den Zeichnungen sind vergrößert. Insbesondere zur bestimmungsgemäßen Herstellung der Schwalbenschwanznuten in Tür- oder Fensterrahmen bzw. -flügeln weist das erfindungsgemäße Fräswerkzeug eine Länge von etwa 60 mm und einen Durchmesser von etwa 6 mm auf. Die Tiefe der mit einem derartigen Fräswerkzeug hergestellten Schwalbenschwanznut beträgt weniger als 4 mm.

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In der Figur 4 ist ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug im Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstoff 9 dargestellt. Der innere Umfangsschneidenabschnitt 5' erzeugt den schmalen Öffnungsspalt 10 der Schwalbenschwanznut. Der schräge Umfangsschneidenabschnitt S'' erzeugt die Seitenflanken 11 der Schwalbenschwanznut und die Spitzen der Stirnschneiden 7 erzeugen die Grundfläche 12 der Schwalbenschwanznut.

Die Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Formfräser, in die alternative Verläufe der Freiflächen der Umfangsschneiden 5 eingezeichnet sind. Eine strich-punktierte Linie deutet einen gekrümmten Verlauf 13 der rechten Umfangsschneide an. Die untere Umfangsschneide weist entlang der strich-doppelpunktierten Linie einen abgewinkelten Verlauf auf. Selbstverständlich müssen die Freiflächen an allen Schneidkörpern 2 eines Formfräsers den gleichen Verlauf aufweisen, da die Umfangsschneiden 5 sonst unterschiedliche Schneid- und Verschleißeigenschaften haben.

Durch den gekrümmten Verlauf 13 und den abgewinkelten Verlauf 14 der Freifläche ist der Freiwinkel im Bereich nahe der Umfangsschneide 5 klein und nimmt im entfernteren Bereich zu. Durch den kleineren Freiwinkel im vorderen Bereich erhält die Umfangsschneide 5 eine größer Stabilität. Durch den größeren Freiwinkel im hinteren Bereich ist eine ausreichende Schneidenkühlung gewährleistet.

In der Figur 6 ist eine alternative Ausführungsform des Formfräsers dargestellt. An die inneren Umfangsschneidenabschnitte 5' schließt sich in axialer Richtung nach oben je ein bogenförmiger Umfangsschneidenabschnitt 5''' an.

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Die alternative Ausfuhrungsform des Formfräsers dient dem Einfräsen einer Schwalbenschwanznut in den rechtwinkligen Innenwinkel eines Werkstückes, beispielsweise die Falz eines Rahmen- oder Flügelprofils 15. Durch den oberen bogenförmigen Umfangsschneidenabschnitt 5''' werden in den seitlich an den schmalen Öffnungsspalt 10 grenzenden Bereichen des zu bearbeitenden Materials bogenförmige Freischnitte 16 erzeugt. Die bogenförmigen Freischnitte 16 dienen der Aufnahme der unteren Bereiche schlauchförmiger Dichtungsprofilen, die eine schwalbenschwanzförmige Verankerung aufweisen, welche in die Schwalbenschwanznut einfügbar ist.

Die Erfindungsbeschreibung und die Zeichnungen beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Es wird angemerkt, daß Änderungen und Variationen durch einen Fachmann möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung gemäß der Ansprüche zu verlassen. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Formfräser auch vorteilhaft bei der Herstellung von Schwalbenschwanznuten mit anderen als den beschriebenen Werkzeugmaschinen in anderen als den beschriebenen Werkstoffen geeignet.

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Bezugszeichenliste:

1 Fräserschaft

2 Schneidkörper

3 Spanfläche der Umfangsschneide

4 Freifläche der Umfangsschneide

5 Umfangsschneide

5' innerer Umfangsschneidenabschnitt

5'' schräger Umfangsschneidenabschnitt

5 " ' bogenförmiger Umfangsschneidenabschnitt

6 Rückfläche des Schneidkörpers

7 Stirnschneide

8 Freifläche der Stirnschneide

9 Werkstoff

10 Öffnungsspalt

11 Seitenflanke

12 Grundfläche

13 gekrümmter Verlauf

14 abgewinkelter Verlauf

15 Rahmen- oder Flügelprofil

16 gewölbter Freischnitt

cq Stirnschneidenwinkel

«2 Freiwinkel der Stirnschneide

«3 Freiwinkel der Umfangsschneide

Claims

HSS102 Seite 14 Ansprüche

1. Formfräser zur Herstellung von Schwalbenschwanznuten in nichtmetallischen Werkstoffen wie Holz oder Kunststoff, mit einem Fräserschaft (1) , an dessen Ende Schneidkörper (2) in regelmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind, welche jeweils eine Umfangsschneide (5) und eine Stirnschneide (7) aufweisen, wobei ein innerer Umfangsschneidenabschnitt (5') mit kleinem Schnittradius im wesentlichen axial verläuft und ein schräger Umfangsschneidenabschnitt (5") den inneren Umfangsschneidenabschnitt (5') mit der Stirnschneide (7), welche einen großen Schnittradius aufweist, verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß

am Ende des Fräserschaftes (1) mindestens drei Schneidkörper (2) angeordnet sind und die Stirnschneiden (7) einen Winkel (cq) von mindestens 5°, vorzugsweise 15°, zur radialen Richtung des Formfräsers aufweisen, so daß alle Stirnschneiden (7) im wesentlichen auf einer konkaven Kegelfläche liegen.

2. Formfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (2) und der Fräserschaft (1) einstückig miteinander verbunden sind.

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3. Formfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Freiwinkel («2) der Stirnschneiden (7) mindestens 7°, vorzugsweise 15°, beträgt.

4. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel (0:3) der Umfangsschneiden (5) 30° bis 60° , vorzugsweise 45°, beträgt.

5. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (4) der Umfangsschneiden (5) abgewinkelt oder gewölbt verläuft.

5. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Fräserschaftes (1) mindestens so groß wie der Schnittradius der Stirnschneiden (7) ist.

6. Formfräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Fräserschaftes (1) mindestens drei Schneidkörper (2) angeordnet sind.

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7. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Fräserschaftes (1) 6 mm, der Schnittradius der Stirnschneiden (7) 3 mm, der Schnittradius der inneren Umfangsschneidenabschnitte (5') 1,4 mm und der Winkel der schrägen Umfangsschneidenabschnitte (5'') zur axialen Richtung 30° beträgt.

8. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem harten metallischen Werkstoff, beispielsweise Widia-Stahl, Hartmetall oder Sintermetall, besteht.

9. Formfräser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet:, daß sich bei jedem Schneidkörper (2) an den inneren Umfangsschneidenabschnitt (5') auf der dem schrägen Umfangsschneidenabschnitt (5'') gegenüberliegenden Seite ein bogenförmiger Umfangsschneidenabschnitt (5''') anschließt.