EP3470190A1

EP3470190A1 - Fräswerkzeug zum bearbeiten von holz, holzwerkstoffen, kunststoffen oder leichtmetallen

Info

Publication number: EP3470190A1
Application number: EP18198655.5A
Authority: EP
Inventors: Andreas Kisselbach; Jürgen Graef; Heiko Ehrensperger
Original assignee: Leitz GmbH and Co KG
Current assignee: Leitz GmbH and Co KG
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: EP3470190B1; DE102017123681B4; DE102017123681C5; CN109648652B; CN109648652A; DE102017123681A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Bearbeiten von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder Leichtmetallen, mit einer Bearbeitungsseite (A) und einer Spindelseite (B) und mit einem ersten, in einem um eine Rotationsachse (D) rotierbaren Gehäuse (11) angeordneten, feststehenden Bearbeitungswerkzeug (1), sowie mindestens einem zweiten Bearbeitungswerkzeug (2, 3) das koaxial zum ersten Bearbeitungswerkzeug (1) zwischen einer Ruheposition und einer Bearbeitungsposition verschiebbar angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens zweite Bearbeitungswerkzeug (2, 3) zur Verschiebung in Axialrichtung mit einer im Gehäuse (11) um die Rotationsachse (D) verdrehbar angeordneten Nockenscheibe (7) in Verbindung bringbar ist.

Description

Fräswerkzeug zum Bearbeiten von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder Leichtmetallen, mit einer Bearbeitungsseite und einer Spindelseite und mit einem ersten, um eine Rotationsachse rotierbaren Gehäuse angeordneten, feststehenden Bearbeitungswerkzeug sowie mindestens einem zweiten Bearbeitungswerkzeug, das koaxial zum ersten Bearbeitungswerkzeug zwischen einer Ruheposition und einer Bearbeitungsposition verschiebbar angeordnet ist.
Ein solches Fräswerkzeug wird zum Profilieren von Kanten und Ecken an plattenförmigen Werkstücken verwendet. Bei Veränderung der Kantenbanddicke muss auch der Profilradius des Fräswerkzeugs an die Kantenbanddicke angepasst werden. Bei einer Fertigung kleiner Losgrößen ergeben sich häufige Werkzeugwechsel mit Produktionsunterbrechungen. Aus diesem Grund wurden einige Lösungen mit schaltbaren Werkzeugen entwickelt, um den Profilwechsel ohne Aus- und Einbau der Werkzeuge vornehmen zu können. Teilweise sogar unter Rotation des Werkzeugs.
Das eingangs erwähnte Fräswerkzeug ist beispielsweise aus der DE 199 15 672 A1 bekannt. Bei koaxial zueinander angeordneten Bearbeitungswerkzeugen sind unterschiedlich profilierte Schneiden angebracht. Die Schneide mit dem größten Radius befindet sich immer fest in Bearbeitungsposition. Zum Profilwechsel wird eine anders profilierte Schneide mit kleinerem Radius in ihre Bearbeitungsposition geschoben und überdeckt das Profil der ersten Schneide bis auf den umfangsseitigen Profilauslauf vollständig. Der Wechsel des Schneidenprofils erfolgt durch eine Linearbewegung eines der beweglich angeordneten Bearbeitungswerkzeuge, die pneumatisch ausgelöst wird. Nachteilig hieran ist, dass für jedes bewegliche Bearbeitungswerkzeug eine separate Ansteuerung notwendig ist, was bei mehr als zwei unterschiedlich profilierten Schneiden zu einer aufwendigen Konstruktion führt.
Aus der DE 10 2013 010 359 A1 ist ein Fräswerkzeug bekannt, bei dem die unterschiedlich profilierten Schneiden nicht durch axiales, sondern durch radiales verschieben in ihre Bearbeitungsposition gebracht werden. Hierzu sind die Schneiden auf radial verschiebbaren Schneidenträgern angeordnet und die pneumatisch ausgelöste Axialbewegung der koaxial angeordneten Betätigungselemente wird über Kegelschrägen in eine Radialbewegung der Schneidenträger umgewandelt. Auch bei diesem Fräswerkzeug muss für jedes bewegliche Bearbeitungswerkzeug eine separate Ansteuerung erfolgen. Die sich nicht in Arbeitsposition befindlichen Bearbeitungswerkzeuge müssen durch pneumatischen Druck gegen die wirkenden Fliehkräfte zurückgehalten werden, was bei hohen Drehzahlen hohe Verstellkräfte erfordert.
Bei dem aus der DE 20 2010 010 704 bekannten Fräswerkzeug sind die einzelnen Bearbeitungswerkzeuge im Werkzeugkopf einzeln gelagert und axial verschiebbar. Dadurch können sie einfach von einer Ruheposition in eine Bearbeitungsposition gebracht werden. Ein Bearbeitungswerkzeug ist fest in der Bearbeitungsposition positioniert. Nicht benötigte Bearbeitungswerkzeuge sind zurückgezogen in ihrer Ruheposition. Bei der Bearbeitung muss das aktivierte Bearbeitungswerkzeug immer durch eine äußere Kraft gegen Schnittdruck und Federrückstellkräfte in seiner Bearbeitungsposition gehalten werden. Weil die einzelnen Bearbeitungswerkzeuge außerhalb der Rotationsachse angeordnet sind, wirken drehzahlabhängige Fliehkräfte auf die Bearbeitungswerkzeuge, was eine sehr präzise Lagerung erfordert, um eine Aufweitung des Durchmessers der Schneiden unter Last zu vermeiden.
Die DE 10 2014 008 033 A1 offenbart ein Fräswerkzeug, bei dem unterschiedlich profilierte Schneiden auf rotatorisch verstellbaren Schneidenträgern angeordnet sind. Ein Profilwechsel erfolgt durch eine definierte synchrone Rotationsbewegung der Schneidenträger. Ohne Erhöhung der Komplexität ist bei diesem Fräswerkzeug auch ein Wechsel von mehr als drei Profilen möglich.
Die DE 74 26 183 U offenbart ein Fräswerkzeug, das aus zwei formschlüssig miteinander in Verbindung stehenden Werkzeugkörpern zusammengesetzt ist, die annähernd symmetrisch ausgebildet sind und die Schneiden tragen. Die Werkzeugkörper sind über eine Gewindespindel zueinander verschiebbar angeordnet.
Die US 4,551,165 A offenbart einen automatischen Schneidkantenwechsler zum Austausch der Schneiden an einem Werkzeug. Erkennt ein Sensor Verschleiß oder Abplatzungen an den Schneidkanten, bewegt der Schneidkantenwechsler die Schneidplatte aus ihrer Schneidposition heraus und setzt eine neue Schneide ein.
Die aus der DE 10 2011 004 536 A1 bekannte Mehrprofilfräsvorrichtung ist mit einem ersten Werkzeug, das sich in einer Arbeitsstellung befindet und einem zweiten Werkzeug, das in eine Arbeitsstellung gebracht werden kann ausgerüstet. Zwischen einem Schiebezylinder für das zweite Werkzeug und dem Werkzeug ist eine zusätzliche Spindel vorgesehen. Wenn das zweite Werkzeug in Arbeitsstellung ist, überlagert das Bearbeitungsprofil des zweiten Werkzeugs so das Bearbeitungsprofil des ersten Werkzeugs, dass ein zu bearbeitendes Werkstück das zweite Bearbeitungsprofil erhält.
Die DE 10 2013 226 214 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder dergleichen, die zwei Fräswerkzeuge für eine Konturbearbeitung einer Kante des Werkstücks aufweist. Das zweite Fräswerkzeug ist gegenüber dem ersten Fräswerkzeug zwischen einer Ruhestellung, in der das erste Fräswerkzeug mit dem Werkstück in Eingriff bringbar ist, und einer Bearbeitungsstellung, in der das zweite Fräswerkzeug mit dem Werkstück in Eingriff bringbar ist, verstellbar. Über ein drittes Fräswerkzeug, das koaxial zu den beiden anderen Fräswerkzeugen angeordnet ist, kann die Kante am Werkstück bündig gefräst werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen automatischen Profilwechsel von mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Profilen bei stehendem Werkzeug ohne Werkzeugwechsel prozesssicher zu ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche an.
Zur Problemlösung zeichnet sich das gattungsgemäße Fräswerkzeug dadurch aus, dass das mindestens zweite Bearbeitungswerkzeug zur Verschiebung in Axialrichtung mit einer im Gehäuse um die Rotationsachse verdrehbar angeordneten Nockenscheibe in Verbindung bringbar ist.
Durch diese Ausgestaltung nimmt der Mechanismus zum Wechseln des Profils einen geringen Bauraum ein und das Fräswerkzeug ist einfach gestaltet. Im Grunde genommen können eine Vielzahl zweiter Bearbeitungswerkzeuge vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die mit in Axialrichtung weisenden Nocken versehene Nockenscheibe inkremental verdrehbar. Dadurch ist es möglich, durch eine axiale Hin- und Rückhubbewegung die Bearbeitungswerkzeuge in ihre Bearbeitungsposition zu bringen.
Hierzu ist das erste Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise mit einem Grundkörper starr verbunden, der drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Insbesondere vorzugsweise ist das Bearbeitungswerkzeug mit dem Grundkörper verschraubt.
Die Nockenscheibe kann mit einem hülsenförmigen Druckring verbunden sein, der mindestens eine, vorzugsweise drei, radial nach innen hervorstehende Kugeln (als Kulissensteine) aufweist, die in einer mäanderförmigen Umfangsnut (als Kulisse) einer drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Rasthülse läuft und eine Kulissenführung bildet, wobei der Innendurchmesser des Druckrings größer ist als der Außendurchmesser der Rasthülse.
Die Kugel bzw. die Kugeln sind vorzugsweise (mit Spiel) in einer radialen Bohrung in der Innenwandung des Druckringes angeordnet und dabei vorzugsweise über eine Madenschraube radial zur Rasthülse hin einstellbar.
Wenn der Mäander spitzwinklig verläuft (zick-zack-Ausbildung), sodass die mindestens eine Kugel entweder im Uhrzeigersinn oder nur im Gegenuhrzeigersinn führbar ist, kann sich bei der Richtungsumkehr der Hubbewegung kein Umkehrpunkt einstellen. Hierzu ist vorzugsweise an den Umkehrpunkten der Nut eine Überlappung in Laufrichtung der Kugel vorgesehen.
Die Nockenscheibe ist mit dem Druckring vorzugsweise drehfest und in Axialrichtung verschiebbar verbunden. Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Druckring und dem Grundkörper mindestens eine in Axialrichtung wirkende Druckfeder vorgesehen ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn jedes verschiebbar angeordnete Bearbeitungswerkzeug auf einem Teilkreis regelmäßig beabstandete Zylinderstifte aufweist, die parallel zur Rotationsachse verlaufen und mit auf der Nockenscheibe angeordneten Nocken in Wirkverbindung bringbar sind. Dadurch wird das Ineingriffbringen der Nockenscheibe mit dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug vereinfacht.
Die mindestens eine Druckfeder ist vorzugsweise in einem Federring axial geführt und der Federring ist über ein Axiallager drehbar zum Druckring gelagert. Zwischen dem feststehenden Bearbeitungswerkzeug und dem oder den verschiebbaren Bearbeitungswerkzeugen (mindestens zweites Bearbeitungswerkzeug) sind jeweils eine bzw. drei Druckfedern angeordnet.
Der Druckring kann spindelseitig mit einer geschlossenen umlaufenden Stirnfläche versehen sein, die als Lauffläche für ein Rollelement dient. Durch diese Ausgestaltung werden die Betätigungskräfte für das Einstellen der Bearbeitungsposition der Bearbeitungswerkzeuge reduziert.
Jedes Bearbeitungswerkzeug ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Schneiden versehen, wobei die Schneiden an jedem einzelnen Bearbeitungswerkzeug identisch profiliert sind, aber jedes der Bearbeitungswerkzeuge anders profilierte Schneiden aufweist. Denkbar ist auch, dass zwei Bearbeitungswerkzeuge Schneiden aufweisen, die identisch profiliert sind.
Bevorzugt sind die Profile der Schneiden Radien oder Fasen und das feststehende Bearbeitungswerkzeug trägt die Schneide mit dem größten Radius.
Wenn der Druckring spindelseitig mit Markierungen für die jeweiligen Schneiden versehen ist, die mit einer Markierung im Gehäuse zusammen wirken kann in Abhängigkeit der Drehlage des Druckrings das jeweils aktive Schneidenprofil indiziert und für den Betrachter sichtbar gemacht werden.
Eine Bearbeitungsvorrichtung, die mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeug versehen ist, weist eine axial bewegbare Betätigungseinrichtung auf, mit der eine Ausrückbewegung und ein Rückhub ausführbar ist, und die über mindestens ein Druckelement und ein Rollelement verfügt. Das Druckelement ist bevorzugt ein gefederter Bolzen und das Rollelement eine Kugelrolle.
Ein Verfahren zum Bedienen dieser Bearbeitungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Ausrückbewegung der Betätigungseinrichtung in einem ersten Schritt der Kontakt zwischen den axial bewegbaren Bearbeitungswerkzeugen und der Nockenscheibe gelöst wird, in einem zweiten Schritt über die mäanderförmige Nut in der Rasthülse und die mindestens eine Kugel in dem Druckring die Nockenscheibe in Drehung versetzt wird, die Drehbewegung der Nockenscheibe bei dem sich anschließenden Rückhub der Betätigungseinrichtung abgeschlossen wird und in einem dritten Schritt am Ende des Rückhubs die axial bewegbaren Bearbeitungswerkzeuge wieder zur Anlage an der Nockenscheibe gelangen.
Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend beschrieben werden. Es zeigen:

Figur 1 -: ein Fräswerkzeug in Explosionsdarstellung;
Figur 2 -: eine weitere Explosionsdarstellung des Fräswerkzeuges nach Figur 1;
Figur 3 -: die perspektivische Darstellung des Fräswerkzeuges mit Betätigungseinrichung von der Bearbeitungsseite;
Figur 4 -: die perspektivische Darstellung des Werkzeugs mit Betätigungseinrichtung von der Spindelseite;
Figur 5 -: den Axialschnitt durch das Fräswerkzeug;
Figur 6 -: eine Explosionsdarstellung der Verstellmechanik;
Figur 7 -: Die Verstellmechanik im Halbschnitt
Figur 8 -: eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Fräswerkzeug von der Bearbeitungsseite;
Figur 9 -: eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Fräswerkzeug von der Spindelseite;
Figur 10 -: eine Schnittdarstellung des Fräswerkzeugs mit dem sich in Bearbeitungsposition befindlichen feststehenden Bearbeitungswerkzeug;
Figur 11 -: die Darstellung des Werkzeugs während der ersten Phase eines Profilwechsels im Axialschnitt;
Figur 12 -: die Darstellung nach Figur 11 während einer zweiten Phase eines Profilwechsels;
Figur 13 -: die Darstellung des Werkzeugs nach Figur 11 während einer dritten Phase;
Figur 14 -: die Darstellung des Werkzeugs nach Figur 11 während einer vierten Phase;
Figur 15 -: die Darstellung des Fräswerkzeugs nach Figur 11 nach Beendigung eines Profilwechsels;
Figur 16 -: die perspektivische Darstellung des Fräswerkzeugs ohne Grundkörper und Gehäuse;
Figur 17 -: die Seitenansicht des Fräswerkzeugs nach Figur 16;
Figur 18 -: die Darstellung des Fräswerkzeugs nach Figur 16 mit dem ersten verschiebbar angeordneten Bearbeitungswerkzeug in Bearbeitungsposition;
Figur 19 -: die Seitenansicht des Fräswerkzeugs nach Figur 18;
Figur 20 -: die Darstellung des Fräswerkzeuges nach Figuren 16 bzw. 18 mit dem zweiten verschiebbar angeordneten Bearbeitungswerkzeug in Bearbeitungsposition;
Figur 21 -: die Seitenansicht des Werkzeugs nach Figur 20;
Figur 22 -: die Prinzipdarstellung eines Profilwechsels.

Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug besteht aus einem Grundkörper 4, der ein über Schrauben 29 fest verbundenes erstes Bearbeitungswerkzeug 1 mit einem ersten Schneidenprofil 31 und mindestens ein zweites axial verschiebbares Bearbeitungswerkzeug 2 mit einem zweiten Schneideprofil 32 trägt. Der Grundkörper 4 ist mit einem Flanschbereich 30 mit Bohrungen zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen 1, 2, 3 und mit einer Schnittstelle zur Befestigung mit einem drehbaren Antrieb (Maschinenspindel, nicht dargestellt) ausgeführt, z. B. einer Bohrung 25, vorteilhaft mit einer konischen Bohrung zur spielfreien Zentrierung. Umfangseitig ist das Fräswerkzeug durch ein Gehäuse 11 verschlossen, das über Madenschrauben 40, die in korrespondierende Nuten 44 in dem Grundkörper 4 eingreifen, drehfest und axial verschiebbar mit diesem verbunden ist (vgl. Figur 5).
Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein fest mit dem Grundkörper 4 verschraubtes Werkzeug 1 mit einem Schneidenprofil 31 und zwei axial verschiebbare Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 mit jeweils einem Schneidenprofil 32, 33 auf, die auf unterschiedlichen koaxial angeordneten Zylinderflächen des Grundkörpers 4 geführt sind. Über Federn 26, 27 werden die verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 in axialer Richtung gegenüber dem festen Werkzeug 1 verspannt und über Zylinderstifte 37, 38 sind sie drehfest und axial verschiebbar mit dem Grundkörper 4 verbunden. Die Zylinderstifte 37, 38 greifen durch die Bohrungen 37.1, 38.1 im Flansch des Grundkörpers 4 durch, um mit einer Nockenscheibe 7 zusammenzuwirken. Durch die Federn 26, 27 werden die axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 vom festen Werkzeug 1 weg gedrückt. Die in axiale Richtung ragende Nocken 17 aufweisende Nockenscheibe 7 ist drehbar in dem Grundkörper 4 gelagert und durch einen Sicherungsring 10 axial fixiert.
Die axiale Position der beweglichen Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 wird durch die Winkelstellung der Nockenscheibe 4 zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition verändert. Ist die Stellung der Nocken 17 so, dass keines der Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 über die Zylinderstifte 37, 38 Kontakt mit den Nocken 17 hat, liegen beide axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 mit ihrer Rückenplanfläche 39 am Grundkörper 4 an und die Schneidenprofile 32, 33 befinden sich außerhalb der Bearbeitungsposition (in Ruheposition). Das feste Bearbeitungswerkzeug 1 befindet sich in Arbeitsposition. Ist die Stellung der Nocken 17 so, dass eines der beiden axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 mit seinen Zylinderstiften 37, 38 an den Nocken 17 der Nockenscheibe 7 anliegt, so befindet sich dieses Bearbeitungswerkzeug 2, 3 mit seinem Schneidenprofil in Arbeitsposition.
Vorteilhaft sind die zu erzeugenden, verschiedenen Kantenprofile (Radien und Fasen) so auf die Bearbeitungswerkzeuge 1, 2, 3 verteilt, dass das feste Bearbeitungswerkzeug 1 den größten Profilradius aufweist und die kleineren Profilradien und Faseprofile den axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeugen 2, 3 zugeordnet werden. Werden alle Schneidenprofile 31, 32, 33 so ausgelegt, dass sie in Arbeitsposition denselben Referenzpunkt für die "Leimfuge" aufweisen, wird das Profil des festen Bearbeitungswerkzeugs 2, 3 immer von dem Profil eines axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeugs 1 überlappt, sodass nur dieses axial verschiebbare Bearbeitungswerkzeug 2, 3 profilgebend ist.
Die Nockenscheibe 7 bildet zusammen mit der Rasthülse 5 und dem Druckring 9 die eigentliche Verstellmechanik für den Profilwechsel. Hierzu ist die Rasthülse 5 fest mit dem Gehäuse 4 verbunden, z. B. über Madenschrauben 34. An ihrem Umfang weist die Rasthülse 5 eine umlaufende im Wesentlichen zickzackförmig verlaufende Nut 18 auf, die als Kulisse für eine Kulissenführung dient. Die Nut 18 besitzt einen halbkreisförmigen Querschnitt und dient als Laufbahn für mindestens eine Kugel 19. Umfangseitig wirkt die Rasthülse 5 mit einem Druckring 9 zusammen, der über mindestens eine Kugel 19, vorzugsweise drei Kugeln, über die Nut 18 mit der Rasthülse 5 beweglich verbunden ist. Die Bewegung zwischen Rasthülse 5 und Druckring 9 ist durch den mäanderförmigen Verlauf der Nut 18 zwangsgeführt. Der Druckring 9 ist wiederum über Vorsprünge 15, die in Nuten 16 der Nockenscheibe 7 eingreifen, drehfest und axial verschiebbar mit dieser verbunden.
Zur Durchführung eines Profilwechsels wird im Stillstand des Fräswerkzeugs über eine antriebseitig angeordnete Betätigungseinrichtung 21 in axialer Richtung auf das Gehäuse 11 und den Druckring 9 gedrückt. Die Betätigungseinrichtung 21 ist spindelseitig angeordnet und über Bohrungen 23 mit einer linearen Bewegungseinheit, z. B. einem Pneumatikolben (nicht dargestellt) verbunden. In Richtung des Fräswerkzeugs verfügt die Betätigungseinrichtung 21 über mindestens einen gefederten Bolzen 35, der auf das Gehäuse 11 wirkt, und über mindestens ein radial weiter innen sitzendes Rollelement 36, das auf den Druckring 9 wirkt. Der Druckring 9 verfügt im Kontaktbereich des mindestens einen Rollelements 36 über eine umlaufende durchgehende Lauffläche. Im Bearbeitungszustand besteht kein Kontakt zwischen der Betätigungseinrichtung 21 und dem Fräswerkzeug (Spalt), sodass das Fräswerkzeug rotierend angetrieben werden kann.
Zur Durchführung eines Profilwechsels wird das rotierende Fräswerkzeug zunächst angehalten. Bei dem Profilwechsel lassen sich vier Phasen unterscheiden.
In Phase 1 wird zunächst das Gehäuse 11 durch die Ausrückbewegung der Betätigungseinrichtung 21 über die gefederten Bolzen gegen die Kraft der Federn 26, 27 in Richtung der Bearbeitungsseite A geschoben. Dabei nimmt das Gehäuse 11 über seine Stirnfläche die beiden axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 mit, bis diese an das feststehende Bearbeitungswerkzeug 1 anschlagen, sodass die Zylinderstifte 37, 38 außerhalb des Kontaktbereichs mit der Nockenscheibe 7 gelangen und kein Kontakt mehr zwischen der Rückenplanfläche 39 und dem Grundkörper 4 besteht. Die Gesamtfederkraft der gefederten Bolzen 35 muss dazu größer sein als die Gesamtfederkraft der Federn 26, 27. In diesem Zustand ist die Nockenscheibe 7 entlastet, wodurch sich die Reibung bei ihrer sich anschließenden Drehbewegung verringert. Während dieser Phase werden die gefederten Bolzen 35 nicht komprimiert.
In Phase 2 drückt das Rollelement 36 gegen die Lauffläche des Druckrings 9 und verschiebt diesen ebenfalls axial in Richtung der Bearbeitungsseite A. Die gefederten Bolzen 35 geben dabei nach. Da das Gehäuse 11 über den Kontakt mit den gefederten Bolzen 35 drehfest arretiert ist und das Gehäuse 11 wiederum über Formschluss drehfest mit dem Grundkörper 4 und der Rasthülse 5 gekoppelt ist, wird bei axialem Druck auf den Druckring 9 über die Kulissenführung eine Drehbewegung des Druckrings 9 erzwungen, bis die mindestens eine Kugel 19 den bearbeitungsseitigen Umkehrpunkt der Kulissenführung erreicht. Über die Formschlusselemente 15, 16 wird die Drehbewegung des Druckrings 9 auf die Nockenscheibe 7 übertragen. Die Nocken 17 nehmen dabei eine andere Position gegenüber den Bearbeitungswerkzeugen 2, 3 ein.
Mit der Rückhubbewegung der Betätigungseinrichtung 21 setzt Phase 3 ein. Die Drehbewegung von Druckring 9 und Nockenscheibe 7 wird nun durch die Federkraft der Federn 28 bewirkt und setzt sich fort bis die mindestens eine Kugel 19 den spindelseitigen Umkehrpunkt der Kulisse erreicht. In dieser Stellung ist der Druckring 9 und mit ihm auch die Nockenscheibe 7 verriegelt.
In Phase 4 werden die axial verschiebbaren Bearbeitungswerkzeuge 2, 3 mit Hilfe der Federn 26, 27 in Richtung Spindelseite B verschoben, bis sie je nach Lage der Nockenscheibe 7 entweder mit ihren Zylinderstiften 37, 38 an den Nocken 17 der Nockenscheibe 7 oder mit ihrer Rückenplanfläche 39 am Grundkörper 4 anliegen.
Nach Beendigung des Profilwechsels hat die Betätigungseinrichtung 21 keinen Kontakt mit dem Werkzeug mehr (Spalt).
Die im Wesentlichen zickzackförmig verlaufende Nut 16 der Rasthülse 5 ist dabei so ausgelegt, dass sich die Nockenscheibe 7 in inkrementalen Schritten immer in dieselbe Richtung - also entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn - dreht, sodass nach Beendigung eines Betätigungszyklus, bestehend aus Ausrück- und Rückstellbewegung (Hin- und Rückhub), die Nocken 17 der Nockenscheibe 7 in einer veränderten Drehwinkellage zu den Bearbeitungswerkzeugen 2, 3 stehen. Hierzu weist die im Wesentlichen zickzackförmige Nut 16 der Rasthülse 5 (Kulissenführung) an den Umkehrpunkten eine Überlappung in Laufrichtung der Kugel 19 auf, damit sich bei Richtungsumkehr der Hubbewegung kein Totpunkt einstellen kann und die mindestens eine Kugel 19 die Kulissenführung in einer Richtung durchläuft.
In einer bevorzugten Ausführung weisen die schrägen Bereiche der im Wesentlichen zickzackförmigen Nut 16 unterschiedliche Steigungen auf. Bei einer derartigen Ausführung ist eine Überlappung der zickzackförmigen Nut 16 nur an den Umkehrpunkten von der großen zur kleinen Steigung erforderlich. Vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Nutbereiche in Richtung der durch die Betätigungseinrichtung 21 ausgelösten Ausrückbewegung eine größere Steigung aufweisen als die Nutbereiche in Richtung der durch die Federn 28 ausgelösten Rückstellbewegung. Durch die unterschiedlichen Steigungen kann der Reibwiderstand an unterschiedliche Kräfte bei der Ausrück- und Rückhubbewegung angepasst werden und der Verschleiß der Kulisse reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Steigung der steiler verlaufenden Nutbereiche in Bewegungsrichtung der Kugel 19 degressiv abnimmt. Durch einen derartigen Nutverlauf kann der Kraftimpuls bei einer schlagartig einsetzenden Ausrückbewegung gemindert und der Verschleiß an der Kulissenführung minimiert werden.
Die Teilung von Kulissenführung und Nocken bzw. Zylinderstiften 37, 38 ist zweckmäßiger Weise so aufeinander abgestimmt, dass nach jedem Betätigungszyklus ein anderes Werkzeug in Arbeitsposition gebracht wird. Aufgrund der Vorspannung durch die Federn 28 und dem zickzackförmigen Verlauf der Nut 16 rastet die Vorrichtung nach jedem Schaltzyklus (Profilwechsel) in der neuen Position ein.
Der Druckring 9 verändert nach jedem Schaltvorgang seine Winkelstellung gegenüber dem Gehäuse 11. Da jeder Winkelstellung eindeutig ein Schneidenprofil 31, 32, 33 zugeordnet werden kann, kann die Winkelstellung des Druckrings 9 relativ zum Gehäuse 11 zur Indizierung des jeweils aktiven Schneidenprofils 31, 32, 33 auf der Spindelseite B des Fräswerkzeugs genutzt werden, indem z. B. am Gehäuse 11 eine Indexierungs-Markierung 43 angebracht wird und an dem Druckring 9 unterschiedliche Markierungen 42 für die verschiedenen Schneidenprofile 31, 32, 33, sodass immer die der Indexierungs-Markierung gegenüberliegende Profil-Markierung das aktive Schneidenprofil 31, 32, 33 anzeigt (Prinzip "Parkscheibe"). Diese Erkennungsmöglichkeit des aktiven Schneidenprofils 31, 32, 33 ist insbesondere erforderlich zum Referenzieren der Maschinensteuerung bei der Erstinbetriebnahme oder nach Störungen. Die spindelseitig angebrachten Markierungen 42 sind von der Bedienerseite gut einsehbar, während die Schneidenprofile 31, 32, 33 in der Regel nicht zugänglich sind, da sie von einer Absaughaube verdeckt werden.

Schaltzyklus für Profilwechsel:

Bearbeitungswerkzeug 1 in Arbeitsposition → Bearbeitungswerkzeuge 2 und 3 sind zurückgestellt

1. Mal Schalten durch axiales Drücken der Betätigungseinrichtung 21 Bearbeitungswerkzeug 2 in Arbeitsposition → Bearbeitungswerkzeug 2 vorgeschoben 3 zurückgestellt
2. Mal Schalten durch axiales Drücken der Betätigungseinrichtung 21 Bearbeitungswerkzeug 3 in Arbeitsposition → Bearbeitungswerkzeug 3 vorgeschoben 2 zurückgestellt
3. Mal Schalten durch axiales Drücken der Betätigungseinrichtung 21 Bearbeitungswerkzeug 1 wieder in Arbeitsposition.

Bezugszeichenliste

1: Erstes Bearbeitungswerkzeug (fest)
2: Zweites Bearbeitungswerkzeug (axial verschiebbar)
3: Drittes Bearbeitungswerkzeug (axial verschiebbar)
4: Grundkörper
5: Rasthülse

6: Federring
7: Nockenscheibe
8: Axiallager
9: Druckring
10: Sicherungsring

11: Gehäuse
12: Schraube
13: Ring
14: Sicherungsring
15: Vorsprung

16: Nut
17: Nocken
18: Nut (Kulisse)
19: Kugel
20: Madenschraube

21: Betätigungseinrichtung
22: Tragkörper
23: Befestigungsbohrung
24: Gewindebohrung (für Madenschraube)
25: Bohrung (Schnittstelle zur Maschinenspindel)
26: Feder
27: Feder
28: Feder
29: Schraube
30: Flanschbereich

31: erstes Schneidenprofil
32: zweites Schneidenprofil
33: drittes Schneidenprofil
34: Madenschraube
35: Gefederter Bolzen (Druckelement)

36: Rollelement ("Kugelrolle")
37: Zylinderstift
37.1: Bohrung
38: Zylinderstift
38.1: Bohrung

39: Plananlagefläche
40: Madenschraube
41: Lauffläche
42: Markierung zur Kennzeichnung des Schneidenprofils
43: Markierung zum Indizieren des Schneidenprofils

44: Nut

A: Bearbeitungsseite
B: Spindelseite
D: Rotationsachse

Claims

Fräswerkzeug zum Bearbeiten von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen oder Leichtmetallen, mit einer Bearbeitungsseite (A) und einer Spindelseite (B) und mit einem ersten, in einem um eine Rotationsachse (D) rotierbaren Gehäuse (11) angeordneten, feststehenden Bearbeitungswerkzeug (1) sowie mindestens einem zweiten Bearbeitungswerkzeug (2, 3) das koaxial zum ersten Bearbeitungswerkzeug (1) zwischen einer Ruheposition und einer Bearbeitungsposition verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zweite Bearbeitungswerkzeug (2, 3) zur Verschiebung in Axialrichtung mit einer im Gehäuse (11) um die Rotationsachse (D) verdrehbar angeordneten Nockenscheibe (7) in Verbindung bringbar ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zwischen einer Ruheposition und einer Bearbeitungsposition verschiebbar angeordnete Bearbeitungswerkzeuge (2, 3) vorgesehen sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibe (7) inkremental verdrehbar ist.
Fräswerkezug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (1) mit einem Grundkörper (4) starr verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, der drehfest mit dem Gehäuse (11) gekoppelt ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibe (7) mit einem hülsenförmigen Druckring (9) verbunden ist, der mindestens eine, vorzugsweise drei, radial nach innen hervorstehende Kugeln (19), als ein Kulissenstein, aufweist, die in einer mäanderförmigen Umfangsnut (18) einer drehfest mit dem Gehäuse (11) verbundenen Rasthülse (5), als Kulisse, läuft, wobei der Innendurchmesser des Druckrings (9) größer ist als der Außendurchmesser der Rasthülse (5).
Fräswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (19) mit Spiel in einer radialen Bohrung (24) in der Innenwandung des Druckrings (9) angeordnet ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mäander spitzwinklig verläuft, wobei die mindestens eine Kugel (19) entweder nur im Uhrzeigersinn oder nur im Gegenuhrzeigersinn führbar ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibe (7) mit dem Druckring (9) drehfest und in Axialrichtung verschiebbar verbunden ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckring (9) und dem Grundkörper (4) mindestens eine in Axialrichtung wirkende Druckfeder (28) vorgesehen ist.
Fräswerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes verschiebbar angeordnete Bearbeitungswerkzeug (2, 3) auf einem Teilkreis regelmäßig beabstandet angeordnete Zylinderstifte (37, 38) aufweist, die parallel zur Rotationsachse (D) verlaufen und mit auf der Nockenscheibe (7) angeordneten Nocken (17) in Wirkverbindung bringbar sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Druckfeder (28) in einem Federring (6) axial geführt ist und der Federring (6) über ein Axiallager (8) drehbar zum Druckring (9) gelagert ist.
Fräswerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bearbeitungswerkzeug (1, 2, 3) mit einer Mehrzahl von Schneiden (31, 32, 33) versehen ist und die Schneiden (31, 32, 33) an jedem einzelnen Bearbeitungswerkzeug (1, 2, 3) identisch profiliert sind, aber jedes der Bearbeitungswerkzeuge (1, 2, 3) anders profilierte Schneiden (31, ,32, 33) aufweist.
Bearbeitungsvorrichtung mit einem Fräswerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche und einer axial bewegbaren Betätigungseinrichtung (21), mit der eine Ausrückbewegung und ein Rückhub ausführbar ist, und die über mindestens ein Druckelement (35) und ein Rollelement (36) verfügt.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (35) ein gefederter Bolzen und das Rollelement (36) eine Kugelrolle ist.
Verfahren zum Bedienen einer Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausrückbewegung der Betätigungseinrichtung (21) in einem ersten Schritt der Kontakt zwischen den axial bewegbaren Bearbeitungswerkzeugen (2, 3) und der Nockenscheibe (7) gelöst wird, in einem zweiten Schritt über die mäanderförmige Nut (18) in der Rasthülse (5) und die mindestens eine Kugel (19) in dem Druckring (9) die Nockenscheibe (7) in Drehung versetzt wird, die Drehbewegung der Nockenscheibe (7) bei dem sich anschließenden Rückhub der Betätigungseinrichtung (21) abgeschlossen wird und in einem dritten Schritt am Ende des Rückhubs die axial bewegbaren Bearbeitungswerkzeuge (2, 3) wieder zur Anlage an der Nockenscheibe (7) gelangen.