WO1995010387A1

WO1995010387A1 - Verfahren und vorrichtungen zur herstellung von giessmodellen

Info

Publication number: WO1995010387A1
Application number: PCT/EP1994/003392
Authority: WO
Inventors: Horst Marquardt
Original assignee: Gebr. Marquardt Gmbh
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1995-04-20

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine zur Herstellung von Gießmodellen, insbesondere von Vollformgießmodellen, aus Polystyrol-Schaumstoff bereitgestellt. Die numerisch gesteuerte Fräsmaschine enthält einen Fräser (1), der mittels der Bewegungsmittel (2) entlang aller drei Raumrichtungen bewegt werden kann. Um eine schnelle und maßgenaue Bearbeitung des Werkstücks zu gewährleisten, sind Leitungsmittel (6), ein Behälter (5) und ein Gebläse (4) vorgesehen, mit deren Hilfe der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff unmittelbar bei seiner Entstehung am Ort des Fräsers (1) abgesaugt werden kann. Dabei wird das Fräsprogramm zur Steuerung aus dreidimensionalen Volumendaten des herzustellenden Modells erstellt.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Gießmodellen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Gießmodellen, insbesondere von Vollformgieß odellen für den Werkzeugbau, aus Polystyrol- Schaumstoff.

Polystyrol-Schaumstoffe werden häufig als Modellbauwerkstoffe eingesetzt. Der Kunststoffschäum läßt sich wesentlich einfacher bearbeiten als andere Modellbauwerkstoffe. Der Materialpreis ist relativ gering und die Entsorgung der Schaumstoffmodelle bereitet keine Probleme, da sie beim Guß vergast werden.

Trotz dieser Vorteile treten bei der Herstellung von Gießmodellen, insbesondere von Vollformgießmodellen, eine Reihe von Schwierigkeiten auf. Die herzustellenden Modelle liegen in Form von bemaßten Zeichnungen vor, aus denen der Modellbauer die zur Herstellung des Modells notwendigen Informationen entnimmt. Aus diesen Informationen werden meist von Hand einzelne Teile des Modells erzeugt, die dann Stück für Stück zusammengeklebt werden. Nach dem Zusammenkleben werden gegebenenfalls Formflächen des Modells von einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine nachbearbeitet. Dazu werden Oberflächendaten des herzustellenden Modells verwendet. Da die Modelle mit einem Fräser von Hand bearbeitet werden, können nur relativ kleine Modelle erstellt werden, welche zusätzlich keine große Maßgenauigkeit aufweisen. Dies hat zur Folge, daß häufig Nacharbeiten notwendig sind, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Die Bearbeitung ist relativ zeitaufwendig, was sich ebenfalls negativ auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt. Fehler, wie das Abbrechen von Modellteilen, müssen durch Kleben ausgeglichen werden, bei dem erhebliche Mengen Klebstoff eingesetzt werden müssen. Die große Menge Klebstoff hat später auch negative Auswirkungen auf die Qualität des Gusses .

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gießmodellen aus Polystyrol-Schaumstoff zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen und Herstellungsverfahren vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtungen nach Anspruch 21 und 30 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, bei dem der Fräser von einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine geführt, der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff unmittelbar bei seiner Entstehung am Ort des Fräsers abgesaugt wird, und das Fräsprogramm zur Steuerung der Fräsmaschine aus dreidimensionalen Volumendaten des herzustellenden Modells erstellt wird.

Ebenso wird erfindungsgemäß eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine bereitgestellt, welche einen Fräser, um den Werkstoff zu bearbeiten, Antriebsmittel, um den Fräser zu bewegen, Steuerungsmittel, um die Bewegung des Fräsers zu kontrollieren, sowie weitere Antriebsmittel, um den Fräser in Rotation zu versetzen, enthält, wobei die Fräsmaschine mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung von Unterdruck, mindestens einen Behälter mit mindestens einem Filter zum Auffangen des herausgefrästen Werkstoffs und Leitungsmittel zum Transport des herausgefrästen Werkstoffs vom Fräser zum Behälter aufweist. Es ist diese Kombination von numerisch gesteuertem Fräser, sofortiger Reststoffabsaugung und der Verwendung von dreidimensonalen Volumendaten zur Erstellung des Fräsprogramms, welche eine vorteilhafte und wirtschaftliche Herstellung von Gießmodellen ermöglicht. Nur durch die genannte Kombination ist es möglich, schnell und kostensparend komplizierte Gießmodelle mit einer hohen Maßgenauigkeit herzustellen.

Des weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Aufmaßreduzierung auf Freiformflächen. Alle zu bearbeitenden Flächen sind exakt plaziert, ein Anreißen ist nicht mehr notwendig. Die Funktionskontrolle kann am Bildschirm durchgeführt werden, d.h. in absehbarer Zeit ist die Modellabnahme nicht mehr notwendig. Durch die Volumenkonstruktion ist der exakte Rauminhalt bzw. das Gewicht der zu gießenden Teile bekannt. Eine Gußgewichtsberechnung, die in der Regel ungenau und überdimensioniert ist, entfällt. Die Gießerei kann auf Sicherheitsreserven beim Gießen verzichten, da sie die tatsächlichen Gewichtsangaben hat. Schließlich wird der Datentransfer zwischen den Konstruktionsabteilungen und der Fertigung wesentlich vereinfacht.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Fräser zur Bearbeitung eines Werkstoffs bereitgestellt, welcher einen zylindrisch geformten Frästeil und einen daran angeordneten Befestigungsteil aufweist. Dabei ist der Frästeil derart als Hohlkörpfer ausgebildet, daß ein Hohlraum von einer Wand umschlossen ist, welche den Hohlraum von einer Umgebung abtrennt und es sind Öffnungen in der Wand vorgesehen, welche den Hohlraum mit der Umgebung verbinden. Ebenso ist mindestens eine Öffnung im Befestigungsteil vorgesehen, die sich zum Hohlraum des Frästeils erstreckt, und somit der Hohlraum mit den Leitungsmitteln einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine verbunden werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn der Fräser von einer 3 Achsportalfräsmaschine gesteuert wird. In Verbindung mit der im folgenden beschriebenen Möglichkeit, das Modell in Schnitte zu unterteilen, läßt sich mittels einer 3 Achsportalfräsmaschine jedes beliebig komplizierte Modell herstellen.

Der Fräser ist in der Regel zwischen 100 mm und 600 mm lang und weist einen Durchmesser zwischen 20 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 40 mm, auf. Dabei ist es zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks über die gesamte Länge des Fräsers nützlich, wenn die mindestens eine Öffnung im unteren Teil des Fräsers angeordnet ist. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Öffnung oder, falls der Fräser mehrere Öffnungen aufweist, ein Teil der Öffnungen (oder alle) die Form eines senkrecht zur Fräserachse verlaufenden Schlitzes aufweist.

Der Fräser wird in der Regel mit 2000 bis 6000 Umdrehungen, bevorzugt mit 3000 bis 4000 Umdrehungen, pro Minute betrieben.

Die Fräsbahnen besitzen einen Abstand von zwischen 2 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 12 mm. Durch die

Kombination von geeignetem Fräserdurchmesser und

Fräsbahnenabstand lassen sich kurze Bearbeitungszeiten bei guter Maßgenauigkeit erzielen.

Mittlere Vortriebsgeschwindigkeiten von 10 m/min sind ohne Schwierigkeiten möglich; in speziellen Situationen können auch Vortriebsgeschwindigkeiten von 27 m/min erreicht werden.

Durch den Einsatz moderner CAD-Systeme kommt es immer häufiger vor, daß die Informationen über das herzustellende

Gießmodell in der Form dreidimensionaler Volumendaten vorliegen. Es ist daher sinnvoll, weil zeit- und kostensparend, direkt aus diesen dreidimensionalen Volumendaten die Fräsprogramme zur Steuerung der Bewegung des Fräsers zu erstellen.

Bei größeren bzw. komplizierteren Gießmodellen tritt zusätzlich das Problem auf, daß diese Gießmodelle vor der Bearbeitung in Schichten unterteilt werden müssen, damit alle Strukturen, auch verdeckt liegende, gefräst werden können.

Auch diese Einteilung des Modells in einzelne bearbeitbare Schichten kann in vorteilhafter Weise mittels der dreidimensionalen Volumendaten des herzustellenden Modells erfolgen.

Wie bereits in der Einleitung erwähnt, werden für die Nachbearbeitung von Formflächen zwei-dimensionale Modelldaten, dreidimensionale Drahtmodelle bzw. dreidimensionale Flächenmodelle verwendet. Diese Datentypen haben jedoch den Nachteil, daß das herzustellende Werkstück nicht vollständig repräsentiert ist. Handelt es sich beispielsweise um ein dreidimensionales Flächenmodell eines komplizierten Werkstücks, so ist ein Schnitt durch dieses Werkstück nicht auf einfache Art möglich, da durch diesen Schnitt neue Oberflächen entstehen, die in dem bisherigen dreidimensionalen Flächenmodell des Werkstücks nicht vorhanden waren und die nicht einfach aus den vorhandenen Flächendaten errechnet werden können. Wenn aufgrund der komplizierten Geometrie des Werkstücks das Werkstück zur einfachen Bearbeitung durch den Fräser in mehrere Schichten unterteilt werden muß, müssen für die entstehenden Teile neue, eigenständige Flächenmodelle erzeugt werden. Dies kann bedeuten, daß der Konstruktionsprozess für das Werkstück wiederholt werden muß. Das dreidimensionale Volumenmodell eines Werkstücks hingegen beinhaltet so viele Informationen über das Werkstück, daß entsprechende Schnitte durch ein Werkstück mittels mengentheoretischer Operationen einfach durchführbar sind. Die zu neuen Schnittflächen gehörenden Daten werden automatisch erzeugt, was zu einer erheblichen Beschleunigung der Fertigung beiträgt und somit zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

Die Einbeziehung der dreidimensionalen Volumendaten zur Unterteilung der Gießmodelle und zur Erstellung der Fräsprogramme zur Steuerung der Bewegung des Fräsers in das Herstellungsverfahren von Gießmodellen mittels numerisch gesteuerter Fräsmaschinen und sofortiger Reststoffabsaugung hat eine weitere außerordentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Folge. Die Gießmodelle können deutlich schneller und präziser hergestellt werden. Durch die Verwendung der dreidimensionalen Volumendaten erhält man ein Verfahren zur Herstellung von Gießmodellen, dessen einzelne Bestandteile optimal aufeinander abgestimmt sind und die sich in synergistischer Weise ergänzen.

Zur Bearbeitung der einzelnen Schichten ist es vorteilhaft, diese zuerst an ihrer Unterseite zu bearbeiten, danach die Schichten von unten nach oben Schicht für Schicht zusammenzusetzen, wobei vor dem Aufbringen jeder weiteren Schicht die jeweils obere Schicht an ihrer Oberseite bearbeitet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, eine unterste Schicht zuerst mit einer ersten Fräsmaschine an ihrer Unterseite zu bearbeiten, danach diese Schicht auf der ersten Fräsmaschine mittelpunktgerecht zu wenden und sie dann mit dieser ersten Fräsmaschine an ihrer Oberseite zu bearbeiten. Während die unterste Schicht auf der ersten Fräsmaschine an ihrer Oberseite bearbeitet wird, wird gleichzeitig eine zweite Schicht von einer zweiten Fräsmaschine an ihrer Unterseite bearbeitet. Danach wird diese zweite Schicht lotrecht auf die unterste Schicht aufgebracht und von der ersten Fräsmaschine an ihrer Oberseite bearbeitet. Während die zweite Schicht an ihrer Oberseite von der ersten Fräsmaschine bearbeitet wird, wird gegebenenfalls eine weitere Schicht von der zweiten Fräsmaschine an deren Unterseite bearbeitet. Dies setzt sich fort, bis das Modell komplett bearbeitet und zusammengesetzt ist.

Die einzelnen Schichten können verleimt oder verklebt werden, wobei sich die Verwendung von Dispersions- oder Kontaktkleber als vorteilhaft erwiesen hat.

Zur Durchführung des Herstellungsverfahrens ist erfindungsgemäß die Vorrichtung nach Anspruch 19 vorgesehen. Dabei handelt es sich um eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine, welche einen Fräser, um das Werkstück zu bearbeiten, Antriebsmittel, um den Fräser zu bewegen, Steuerungsmittel, um den Fräser in Rotation zu versetzen, enthält, wobei die Fräsmaschine mindestens einen Behälter mit mindestens einem Filter zum Auffangen des herausgefrästen Werkstoffs und Leitungsmittel zum Transport des herausgefrästen Werkstoffs vom Fräser zum Behälter aufweist.

Es ist vorteilhaft, wenn der Fräser entlang aller drei Raumrichtungen bewegt wird, da sich damit jede gewünschte Struktur erzeugen läßt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff direkt über den Fräser abgesaugt werden kann. Daher ist erfindungsgemäß der Fräser nach Anspruch 31 vorgesehen, welcher einen zylindrisch geformten, als Hohlkörper ausgebildeten Frästeil und einen daran angeordneten Befestigungsteil aufweist. Der sich auf diese Art im Inneren des Frästeils bildende Hohlraum ist über Öffnung in der Wand des Frästeils mit einer Umgebung verbunden. Weiterhin ist eine Öffnung im Befestigungsteil vorgesehen, die sich zum Hohlraum des Frästeils erstreckt und somit der Hohlraum mit den Leitungsmitteln einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine verbunden werden kann.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Frästeil ein abgerundetes Ende aufweist.

Um eine gute Fräswirkung des erfindungsgemäßen Fräsers zu erzielen, ist es nützlich, wenn die Oberfläche des Frästeils grob behauen ist.

Der Fräser ist bevorzugt rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsteil an einem Ende des Fräserteils angeordnet.

Der erfindungsgemäße Fräser ist bevorzugt zwischen 100 mm und 600 mm lang und besitzt einen Durchmesser von 20 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt 30 mm bis 40 mm.

Um eine gute Saugwirkung über den Fräser erzielen zu können, ist es nützlich, wenn der Befestigungsteil luftdicht an der erfindungsgemäßen Fräsmaschine befestigbar ist.

Die Öffnungen des Fräsers sind vorzugsweise im unteren Teil des Fräsers angeordnet. Es hat sich als günstig erwiesen, daß das Restmaterial am besten abgesaugt werden kann, wenn eine der Öffnungen die Form eines senkrecht zur Längsachse des Fräsers verlaufenden Schlitzes aufweist.

Es ist bevorzugt, wenn sich auf der äußeren Oberfläche des Frästeils eine oder mehrere sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefungen befinden, welche alle oder einen Teil der verschiedenen Öffnungen miteinander verbinden. Auf diese Weise kann der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff sofort abgesaugt werden, und zwar auch auf der Seite des Fräsers, die gerade mit dem Werkstück in Kontakt steht. Der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff wird von den Einkerbungen herausgerissen und durch die Bewegung des Fräsers in die spiralförmige Vertiefung gedrückt, wodurch er sofort über die Öffnungen abgesaugt werden kann. So kann auch an den Stellen der Oberfläche eine Saugwirkung erzielt werden, an denen sich keine Öffnungen befinden. Die Effizienz des Absaugens des herausgefrästen Werkstoffs kann auf diese Weise deutlich verbessert werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsers sind zwei sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefungen auf der Oberfläche des Frästeils vorgesehen. Dabei ist es nützlich, wenn die Öffnungen in der Wand des Frästeils als in den spiralförmigen Vertiefungen verlaufende Schlitze ausgebildet sind.

Es zeigen:

Fig. 1 das Flußdiagramm einer besonders bevorzugten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Fräsmaschine;

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Fräser; und

Fig. 4 einen weiteren erfindungsgemäßen Fräser.

Am Anfang der besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens steht, wie in Fig. 1 gezeigt, die Erstellung oder die Übernahme der dreidimensionalen Volumendaten.

Volumendaten dieser Art, die auf einem Volumenmodell des herzustellenden Modells basieren, können z.B. mit Hilfe des CAD-Systems EUCLID-IS der MATRA DATAVISION GmbH erstellt werden. Mittels mengentheoretischer Operationen (z.B. Abzugsvolumen) wird das herzustellende Gießmodell in Schichten unterteilt. Für die einzelnen Schichten werden aus den den jeweiligen Schichten entsprechenden dreidimensionalen Volumendaten die Fräsprogramme für die Schichten erstellt. Die Fräsprogramme werden auf verschiedene Fräsmaschinen übertragen und steuern die Bewegung der Fräser.

Die verwendeten Fräsmaschinen enthalten jeweils einen Fräser, der einen Hohlraum entlang seiner Längsachse und Öffnungen an seiner Oberfläche aufweist, damit der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff mittels Unterdruck durch die Öffnungen, von denen eine die Form eines senkrecht zur Längsachse angeordneten Schlitzes aufweist, über den Hohlraum und die Leitungsmittel zu den Auffangbehältern transportiert werden kann.

Auf diese Weise wird verhindert, daß der Fräser in dem bereits herausgefrästem Polystyrol-Schaumstoff heißläuft oder daß der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff in die zu fräsende Struktur gedrückt wird.

Die Verbindung von geeignet gewählten Schnitten und der Bearbeitung des Gießmodells auf einer Fräsmaschine, welche die Bewegung des Fräsers in alle drei Raumrichtungen ermöglicht, erlaubt die Herstellung jedes beliebigen Gießmodells .

Bei der jetzt folgenden Bearbeitung des Werkstücks wird zuerst die unterste Schicht von einer ersten Fräsmaschine an ihrer Unterseite bearbeitet. Danach wird diese erste Schicht mittelpunktgerecht auf der ersten Fräsmaschine gewendet und von der ersten Fräsmaschine an der Oberseite bearbeitet.

Gleichzeitig, während die erste Schicht an ihrer Oberseite von der ersten Fräsmaschine bearbeitet wird, wird die zweite Schicht von einer zweiten Fräsmaschine an der Unterseite bearbeitet. Danach wird die zweite Schicht auf die erste Schicht aufgeklebt und von der ersten Fräsmaschine an der Oberseite bearbeitet. Währenddessen wird gegebenenfalls eine weitere Schicht von der zweiten Fräsmaschine an der Unterseite bearbeitet. Dies geschieht Schicht für Schicht, bis das Gießmodell fertig ist.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß kein O-Punktversatz auftritt und die Mitten des gesamten Werkstücks unabhängig von der Höhe lotrecht sind. Eventuelle Nachbearbeitungen beenden das Verfahren.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine. Die Fräsmaschine enthält eine Auflagefläche 2, auf der das zu bearbeitende Werkstück unterstützt und mittels rillenförmiger Vertiefungen 3 befestigt werden kann. Auf den Bahnen 7 an den Längsseiten der Auflagefläche 2 sind Träger 8 in x-Richtung beweglich angeordnet. Die Träger 8 stützen das Portal 9, das über der Auflagefläche 2 vorgesehen ist. An der Vorderseite 13 des Portals 9 ist eine Halterung 10 befestigt, welche entlang des Portals 9 in y- und z-Richtung beweglich ist. An der Unterseite der Halterung 10 ist ein Elektromotor 12 angebracht, welcher den Fräser 1 in Rotation versetzt. Durch den Elektromotor 12 hindurch ist der Fräser 1 mit dem Absaugschlauch 6 verbunden, welcher den herausgefrästen Werkstoff über die Halterung 10, das Portal 9 und den Träger 8 zu dem Behälter 5 transportiert. Zum Auffangen des herausgefrästen Werkstoffs sind in dem Behälter 5 Filter (nicht gezeigt) vorgesehen. Um den Transport des herausgefrästen Werkstoffs zu ermöglichen, ist auf dem Behälter ein Gebläse 4 angebracht, das mit dem Behälter 5 in Verbindung steht und den nötigen Unterdruck in dem Behälter 5, den Absaugschlauch 6 und den Fräser 1 erzeugt.

Die Träger 8 sind auf den Bahnen 7 an den Längsseiten der Auflagefläche 2 in x-Richtung beweglich angeordnet. Diese Bewegung in x-Richtung wird von Elektromotoren (nicht gezeigt) angetrieben. Die Halterung 10 ist an der Vorderseite 13 des Portals 9 in y- und z-Richtung beweglich befestigt, wobei die Bewegung in y-Richtung von dem Elektromotor 11' und die Bewegung in z-Richtung von dem Elektromotor 11 angetrieben werden. Auf diese Weise kann der Fräser 1 entlang aller drei Raumrichtungen bewegt werden und es kann jeder Punkt eines Werkstücks von dem Fräser erreicht werden. Die Elektromotoren 11, 11' und damit die Bewegung des Fräsers 1 werden auf der Grundlage numerischer Daten der Fräsprogramme mittels Steuerungsmitteln (nicht gezeigt) gesteuert.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fräsers 1. Der Fräser setzt sich aus dem zylindrisch geformten Frästeil 20 mit dem abgerundeten unteren Ende 21 und dem Befestigungsteil 22 zusammen. Die Längsachse des Fräsers 1 ist durch die Linie 30-30 gekennzeichnet. Der Befestigungsteil 22 des Fräsers 1 weist einen überstehenden Rand 23 auf, durch den der Fräser 1 von der Fräsmaschine luftdicht gehalten und in Rotation versetzt werden kann. Der Fräser 1 weist entlang seiner Längsachse einen Hohlraum 24 auf, der über eine Öffnung 31 im Befestigungsteil 22 mit den Leitungsmitteln 6 der erfindungsgemäßen Fräsmaschine in Verbindung steht. In einer Wand 25 des Fräsers 1 befinden sich Öffnungen 27, 28, wodurch der Hohlraum 24 mit dem Außenraum verbunden ist. Der Fräser 1 ist bevorzugt aus Stahl hergestellt und die äußere Oberfläche 26 des Frästeils ist grob behauen. Dabei ist darauf zu achten, daß die äußere Oberfläche 26 des Frästeils 20 regelmäßig behauen ist, so daß die durch das Behauen entstehenden Einkerbungen alle in eine Richtung, nämlich die Drehrichtung des Fräsers 1 weisen. Der Fräser 1 dreht sich somit immer gegen den Raspelstrich, d.h. er dreht sich so, daß die Einkerbungen an der Oberfläche 26 den Werkstoff greifen können.

Die Öffnungen 27, 28 können beliebig geformt sein, wobei runde oder schlitzförmige Öffnungen bevorzugt sind. Der Durchmesser einer runden Öffnung beträgt etwa 1 cm.

Um den von den Einkerbungen an der Oberfläche 26 herausgefrästen Werkstoff absaugen zu können, wird von einem Gebläse 4 über die Leitungsmittel 6 ein Unterdruck in dem Hohlraum 24 erzeugt. Der herausgefräste Werkstoff wird durch die Öffnungen 27, 28 gesaugt und über den Hohlraum 24 und die Leitungsmittel 6 in den Behälter 5 transportiert, wo er mittels eines Filters aufgefangen wird.

Damit der Unterdruck im Hohlraum 24 über die gesamte Länge des Fräsers 1 aufrecht erhalten werden kann, sind die Öffnungen 27, 28 in der Fräserwand 25 im unteren Teil des Fräsers 1 angeordnet.

Dabei hat es sich als nützlich erwiesen, wenn eine schlitzförmige Öffnung 28 im abgerundeten unteren Ende 21 des Fräsers 1 angeordnet ist. Die Längsrichtung der schlitzförmigen Öffnung verläuft dabei senkrecht zur Längsachse 30-30 des Fräsers 1, entlang der Richtung 35. Die schlitzförmige Öffnung 28 erstreckt sich nahezu über die gesamte Breite des Fräsers 1 und ist je nach Durchmesser des Fräsers zwischen 1 cm bis 5 cm lang. Auf der anderen Seite des abgerundeten unteren Endes 21 des Fräsers 1 kann eine weitere runde Öffnung 27 angeordnet sein. Dabei ist darauf zu achten, daß keine der Öffnungen 27, 28 direkt an der Spitze 29 des Fräsers 1 angeordnet ist, da sonst beim Eintauchen des Fräsers 1 in den vollen Werkstoff die Teile des Werkstoffs, die sich direkt unter der Spitze 29 des Fräsers befinden, nicht weggefräst werden können.

Fig. 4 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fräsers. Der Fräser setzt sich aus dem zylindrisch geformten, rotationssymetrischen Frästeil 20 mit dem abgerundeten unteren Ende 21 und dem Befestigungsteil 22 zusammen. Der Befestiungsteil 22 des Fräsers 1 weist einen überstehenden Rand 23 auf, durch den der Fräser 1 an einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine luftdicht befestigt und in Rotation versetzt werden kann. Der Fräser 1 weist entlang seiner Längsachse einen Hohlraum (nicht gezeigt) auf, der über eine Öffnung (nicht gezeigt) im Befestigungsteil 22 mit den Leitungsmitteln 6 einer erfindungsgemäßen Fräsmaschine in Verbindung steht. Der Fräser ist bevorzugt aus Stahl hergestellt und die äußere Oberfläche 26 des Frästeils 20 ist grob behauen. Die Einkerbungen auf der äußeren Oberfläche 26 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Dabei ist darauf zu achten, daß die äußere Oberfläche 26 des Frästeils 20 regelmäßig behauen ist, so daß die durch das Behauen entstehenden Einkerbungen alle in eine Richtung, nämlich die Drehrichtung des Fräsers, weisen. Der Fräser dreht sich somit immer gegen den Regelstrich, d.h. er dreht sich so, daß die Einkerbungen an der Oberfläche 26 den herausgefrästen Werkstoff gut greifen können.

Um das Absaugen des herausgefrästen Werkstoffs zu unterstützen, weist der Fräser 1 zwei sich gegen die Umdrehungsvorrichtung windende spiralförmige Vertiefungen 32 in der Oberfläche 26 des Frästeils 20 auf.

Die spiralförmigen Vertiefungen 32 befinden sich nur an der Oberfläche 26 des Frästeils 20. Um den herausgefrästen Werkstoff in den Hohlraum (nicht gezeigt) des Frästeils 20 saugen zu können, sind in den spiralförmigen Vertiefungen 32 schlitzförmig verlaufende Öffnungen 28 vorgesehen.

Durch diese Kombination spiralförmiger Vertiefungen und in den Vertiefungen verlaufender Schlitze 28 kann der herausgefräste Werkstoff sofort abgesaugt werden, und zwar auf der Seite des Fräsers, die gerade mit dem Werkstück in Kontakt steht. Der herausgefräste Werkstoff wird von den Einkerbungen herausgerissen und durch die Bewegung des Fräsers in die spiralförmige Vertiefung 32 gedrückt, wodurch er sofort über die Öffnungen 28 abgesaugt werden kann. So kann auch an den Stellen der Oberfläche 26 eine Saugwirkung erzielt werden, an denen sich keine Öffnungen 28 befinden. Wiederum sind die schlitzförmigen Öffnungen im unteren Teil des Fräsers angeordnet, damit der Unterdruck im Hohlraum des Frästeils 20 über die gesamte Länge des Hohlraums aufrecht erhalten werden kann.

Beide sprialförmige Vertiefungen erstrecken sich bis über das abgerundete Ende 21 des Frästeils 20. Dabei ist wiederum darauf zu achten, keine der Vertiefungen 32 direkt an der Spitze des abgerundeten Endes 21 des Frästeils 20 angeordnet ist, da sonst beim Eintauchen des Fräsers in den vollen Werkstoff die Teile des Werkstoffs, die sich direkt unter der Spitze des Fräsers befinden, nicht weggefräst werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gießmodellen aus Polystyrol-Schaumstoff, insbesondere für den Werkzeugbau, mittels eines Fräsers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Fräser von einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine geführt, der herausgefräste Polystyrol- Schaumstoff unmittelbar bei seiner Entstehung am Ort des Fräsers abgesaugt wird, und das Fräsprogramm zur

Steuerung der Fräsmaschine aus dreidimensionalen Volumendaten des herzustellenden Modells erstellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser entlang aller drei Raumrichtungen bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser eine Fräserlänge zwischen 100 mm und 600 mm aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser einen Durchmesser zwischen 20 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 40 mm, aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser ein zylindrisch geformtes Frästeil und ein daran angeordnetes Befestigungsteil aufweist, wobei der Frästeil derart als Hohlkörper ausgebildet ist, daß ein Hohlraum von einer Wand umschlossen ist, welche den Hohlraum von einer Umgebung abtrennt, die Wand mindestens eine Öffnung aufweist, die den Hohlraum mit der Umgebung verbindet, und das Befestigungsteil mindestens eine Öffnung aufweist, die sich zum Hohlraum des Frästeils erstreckt, so daß mittels Unterdruck der herausgefräste Polystyrol-Schaumstoff durch die mindestens eine Öffnung über den Hohlraum abgesaugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung vorzugsweise im unteren Teil des Fräsers angeordnet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mindestens einen Öffnung die Form eines senkrecht zur Fräserachse verlaufenden Schlitzes aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Frästeils mindestens eine sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefung aufweist, welche die Öffnungen .verbindet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Fräserteils zwei sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefungen aufweist, welche sich nahezu über die gesamte Länge des Frästeils erstrecken.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der Wand des

Frästeils als in den Vertiefungen verlaufende Schlitze ausgebildet sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser mit 2000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 3000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute, betrieben wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in 45°-Richtung über das herzustellende Modell gefräst wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Fräsbahnen zwischen 2 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 12 mm, beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub im Mittel mindestens 5 m/min, vorzugsweise mindestens 10 m/min, beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das herzustellende Modell vor dem Fräsen in mindestens zwei Schichten unterteilt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des herzustellenden Modells direkt aus den dreidimensionalen Volumendaten des herzustellenden Modells gewonnen werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des herzustellenden Modells einzeln zuerst an ihrer

Unterseite bearbeitet werden und danach die Schichten von unten nach oben zusammengesetzt werden, wobei vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht die jeweils oberste Schicht an ihrer Oberseite bearbeitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Schicht des herzustellenden Modells an ihrer Unterseite von einer ersten Fräsmaschine bearbeitet wird, dann diese unterste Schicht an ihrer Oberseite bearbeitet wird, nachdem sie auf der ersten

Fräsmaschine mittelpunktgerecht gewendet wurde, und gleichzeitig, während die unterste Schicht an ihrer Oberseite bearbeitet wird, auf einer zweiten Fräsmaschine eine zweite Schicht an ihrer Unterseite bearbeitet wird, diese zweite Schicht danach auf die unterste Schicht aufgebracht und von der ersten Fräsmaschine an der Oberseite bearbeitet wird, während, gegebenenfalls wiederum gleichzeitig, die nächste Schicht auf der zweiten Fräsmaschine an der Unterseite bearbeitet wird, solange bis das Modell komplett zusammengestellt und bearbeitet ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten verleimt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten mittels Dispersions- oder Kontaktkleber verklebt werden.

21. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine, insbesondere zur Durchführung das Verfahrens nach einem der vorherstehenden Ansprüche, mit einem Fräser (1), um einen Werkstoff zu bearbeiten, Antriebsmitteln (11,11'), um den Fräser (1) zu bewegen, einem

Steuerungsmittel, um die Bewegung des Fräsers (1) zu kontrollieren, einem weiteren Antriebsmittel (12), um den Fräser (1) in Rotation zu versetzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß die Fräsmaschine mindestens eine Einrichtung (4) zur Erzeugung von Unterdruck, mindestens einen Behälter (5) zum Auffangen des herausgefrästen Werkstoffs und Leitungsmittel (6) zum Transport des herausgefrästen Werkstoffs vom Fräser (1) zum Behälter (5) aufweist.

22. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5) einen Filter aufweist.

23. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) entlang aller drei Raumrichtungen bewegbar ist.

24. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der

Fräser (1) ein zylindrisch geformtes Frästeil und ein daran angeordnetes Befestigungsteil zur luftdichten Befestigung des Fräsers (1) an der Fräsmaschine aufweist, wobei der Frästeil (20) derart als Hohlkörper ausgebildet ist, daß ein Hohlraum (24) von einer Wand (25) umschlossen ist, welche den Hohlraum (24) von einer Umgebung abtrennt, die Wand (25) mindestens eine Öffnung (27,28) aufweist, die den Hohlraum (24) mit der Umgebung verbindet, und das Befestigungsteil (22) mindestens eine Öffnung (31) aufweist, die sich zum Hohlraum (24) des Frästeils (20) erstreckt, so daß mittels des Unterdrucks der herausgefräste Werkstoff durch die mindestens eine Öffnung (27,28) über den Hohlraum (24) und die Leitungsmittel (6) zu dem mindestens einen Behälter

(5) transportiert werden kann.

25. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung (27, 28) vorzugsweise im unteren Teil des

Fräsers (1) angeordnet ist.

26. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mindestens einen Öffnung (27, 28) die Form eines Schlitzes (28) aufweist, dessen

Längsachse sich senkrecht zur Fräserachse (30-30), entlang der Richtung (31) erstreckt.

27. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die

Oberfläche (26) des Fräsers (1) mindestens eine sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefung (32) aufweist, welche die Öffnungen (27, 28) verbindet.

28. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (26) des Frästeils (20) zwei sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers (1) windende spiralförmige Vertiefungen (32) aufweist, welche sich nahezu über die gesamte

Länge des Frästeils (20) erstrecken.

29. Numerisch gesteuerte Fräsmaschine nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (28) in der Wand (25) des Frästeils (20) als in den Vertiefungen (32) verlaufende Schlitze (28) ausgebildet sind.

30. Fräser (1) zur Bearbeitung eines Werkstoffs, insbesondere für eine numerisch gesteuerte

Fräsmaschine, mit einem zylindrisch geformten Frästeil (20) und einem daran angeordneten Befestigungsteil (22), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Frästeil (20) derart als Hohlkörper ausgebildet ist, daß ein Hohlraum (24) von einer Wand (25) umschlossen ist, welche den Hohlraum (24) von einer Umgebung abtrennt, die Wand (25) mindestens eine Öffnung (27,28) aufweist, die den Hohlraum (24) mit der Umgebung verbindet, und das Befestigungsteil (22) mindestens eine Öffnung (31) aufweist, die sich

^•turn Hohlraum (24) des Frästeils (20) erstreckt.

31. Fräser (1) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Frästeil (20) ein abgerundetes Ende (21) aufweist.

32. Fräser (1) nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche (26) des Frästeils (20) grob behauen ist.

33. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) rotationsymetrisch zu seiner Längsachse (30-30) ist.

34. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsteil (22) an einem Ende des Fräserteils (20) angeordnet ist.

35. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) eine Länge zwischen

100 mm und 600 mm aufweist.

36. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) einen

Durchmesser zwischen 20 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 40 mm, aufweist.

37. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) am Befestigungsteil (22) luftdicht an einer Fräsmaschine befestigbar ist.

38. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (27,28) in der Wand (25) des Frästeils (20) bezogen auf den

Befestigungsteil (22) am distalen Ende (21) des

Frästeils (20) angeordnet ist.

39. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mindestens einen Öffnung (27,28) in der Wand (25) des

Frästeils (20) die Form eines Schlitzes (28) aufweist, dessen Längsachse sich senkrecht zur Fräserachse (30-30) entlang der Richtung (35) erstreckt.

40. Fräser (1) nach einem der Ansprüche 30 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (26) des Frästeils (20) mindestens eine sich gegen die

Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefung (32) aufweist, welche die Öffnungen (27, 28) verbindet.

41. Fräser (1) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (26) des Frästeils (20) zwei sich gegen die Umdrehungsrichtung des Fräsers windende spiralförmige Vertiefungen (32) aufweist, welche sich nahezu über die gesamte Länge des Frästeils (20) erstrecken.

42. Fräser (1) nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (28) in der Wand (25) des Frästeils (20) als in den Vertiefungen (32) verlaufende Schlitze ausgebildet sind.