DE19752815A1 - Zerspanungswerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, das sich aus einem Kern sowie mit dem Kern verbundenen Zerspanungselementen zusammensetzt, die nach außen frei liegen.

Derartige Zerspanungswerkzeuge dienen zur spanenden Formung von Werkstücken, die beispielsweise aus Stahl, Stein, Beton, Keramik oder Holz bestehen können. Das Zerspanen geschieht über eine Schnitt­ bewegung, also einer Relativbewegung zwischen der oder den Schneiden des Zerspanungswerkzeuges und der Werkstücksollfläche, wobei Werkstückschichten in Form von Spänen mechanisch abgetrennt werden. Zusätzliche Vorschubbewegungen von Werkstück oder Zerspanungswerkzeug ermöglichen eine mehrmalige oder kontinuierliche Spanabnahme, die zur Bildung der geforderten Werkstückfläche im allgemeinen er­ forderlich ist. Die verwendeten Zerspanungswerk­ zeuge, wie beispielsweise Schneidscheiben, Kreissä­ geblätter, Drehmeißel, Schleif- und Fräswerkzeuge oder Gatterblätter bestehen üblicherweise aus einem Trägerkörper oder Kern, der eine hinreichende Fe­ stigkeit senkrecht zur Bearbeitungsfläche aufweisen muß und daher üblicherweise aus Stahl besteht, so­ wie einem oder mehreren auf dem Kern angeordneten Zerspanungselementen, beispielsweise Zähnen, Zahn­ gruppen oder Segmenten, die Schneidkanten zur Bear­ beitung des Werkstückes aufweisen. Diese Zerspa­ nungskörper, die zum Beispiel aus Hartmetall oder keramischen Werkstoffen bestehen können, sind auf dem Kern angelötet mit ihm verschweißt oder ver­ schraubt. Darüberhinaus sind auch einstückige Zer­ spanungswerkzeuge bekannt bei, denen Kern und Zer­ spanungselemente aus einem Stück bestehen.

Während des Zerspanungsvorganges kommt es durch die Wechselwirkung der Schneidkanten der Zerspanungs­ elemente mit dem Werkstück zu Erschütterungen und Vibrationen des Zerspanungswerkzeuges, die eine er­ hebliche Geräuschentwicklung und damit Lärmbela­ stung der Umgebung verursachen. Beispielsweise er­ zeugt eine Schneidscheibe von 600 Millimeter Durch­ messer in der steinverarbeitenden Industrie in Mit­ tel einen Lärmpegel zwischen 85 und 95 dB (A), wo­ bei Spitzenwerte von über 112 dB (A) möglich sind. Die chronische Einwirkung von Lärm über 85 bis 90 dB (A) verursacht bekanntermaßen Lärmschwerhörig­ keit, die in Deutschland trotz der Auflage an den exponierten Personenkreis, entsprechenden Gehör­ schutz zu tragen, der Häufigkeit nach zur Zeit an erster Stelle aller Berufskrankheiten steht und hohe Kosten verursacht. Außerdem befinden sich Be­ triebe, in denen Zerspanungswerkzeuge eingesetzt werden, oftmals in der unmittelbaren Umgebung von Wohngebieten, was zu erheblichen Lärmbelästigungen der Anwohner führt und kostspielige Schallschutz­ maßnahmen erforderlich macht. Daher ist auch bei Zerspanungswerkzeugen eine Reduktion der Geräusche­ mission angestrebt. Dazu ist es beispielsweise be­ kannt, im Kern Öffnungen oder Segmente vorzusehen, die sein Schwingungsverhalten ändern, und diese eventuell noch mit vibrationsdämpfenden Materialien wie Gummi auszufüllen. Die erzielte Geräuschreduk­ tion ist jedoch vergleichsweise gering. Gleichzei­ tig haben diese Maßnahmen einen nachteiligen Effekt auf die seitliche Stabilität des Zerspanungswerk­ zeuges, bei dem zu hohe seitliche Auslenkungen zu einer Zerstörung des Kernes und damit zu einer Be­ schädigung der Maschine führen, wobei auch das Ma­ schinenpersonal gefährdet wird. Dieser Effekt ist insbesondere bei Sandwichwerkzeugen, deren Kern aus zwei miteinander verklebten Stahlplatten besteht, ein großes Problem, da die Klebeschicht des Sandwi­ ches sich bei thermischen Belastungen in Verbindung mit seitlichen Auslenkungen des Werkzeuges auflöst.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geräuscharmes Zerspanungswerkzeug zu schaffen, das gegenüber seitlichen Auslenkungen un­ empfindlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern des Zerspanungswerkzeuges aus Kunst­ harz besteht, das mit Fasern armiert ist und die einzelnen Zerspanungselemente in den Kern eingelas­ sen sind.

Die in der Erfindung angegeben Lehre zeigt, wie ein Zerspanungswerkzeug beschaffen sein kann, dessen Kern vollständig aus schwingungsdämpfenden Mate­ rial, nämlich faserarmiertem Kunstharz, besteht, was zu einer ganz erheblichen Reduktion der Be­ triebsgeräusch führt. So beträgt die Geräuschent­ wicklung einer erfindungsgemäßen Schneidscheibe von 600 Millimetern Durchmesser bei Einsatz in der steinverarbeitenden Industrie nur noch 2 dB (A) über dem Leerlaufgeräusch der Maschine, die Zerspa­ nungsarbeit erfolgt also nahezu zum Maschinenleer­ laufgeräusch. Gleichzeitig hat die Praxis gezeigt, daß die Festigkeit des erfindungsgemäßen Zerspa­ nungswerkzeuges senkrecht zur Bearbeitungsfläche ausreicht und es wesentlich größere seitliche Aus­ lenkungen als herkömmliche Zerspanungswerkzeuge gut verträgt. Die Zerspanungselemente werden in den Kern eingelassen, beispielsweise eingegossen, und sind somit von zumindest drei Seiten her abge­ stützt, was ihnen einen hervorragenden Halt ver­ leiht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeuge liegt in ihrem, verglichen mit herkömmlichen Werkzeugen mit Stahlkern, wesentlich niedrigeren Gewicht, das ihre Handhabung durch das Maschinenpersonal, insbesondere ihren Austausch, wesentlich erleichtert und überdies die Antriebe und Lagerungen der Maschinen schont, wodurch sich die Standzeiten der Maschinen verlängern und die Wartungskosten reduzieren. Darüberhinaus können die erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeuge in den glei­ chen Werkzeugmaschinen wie herkömmliche Zerspa­ nungswerkzeuge eingesetzt werden, so daß für ihren Einsatz keine kostspieligen Neuanschaffungen getä­ tigt werden müssen. Außerdem können die erfindungs­ gemäßen Zerspanungswerkzeuge geometrisch beliebig gestaltet und mit den bisher üblichen Zerspanungs­ elementen ausgestattet werden, so daß die bisher bestehende Typenvielfalt der Zerspanungswerkzeuge erhalten bleibt und keinerlei Neuentwicklungen für die verschiedenen Anwendungsgebiete erforderlich sind. Weiterhin kann der Kern aus faserarmiertem Kunstharz nach Verschleiß des erfindungungsgemäßen Werkzeuges ohne weiteres mechanisch aufgearbeitet und für die Neuproduktion mitverwendet werden. Er ist also uneingeschränkt recyclebar. Die Herstel­ lungskosten des erfindungsgemäßen Zerspanungswerk­ zeuges liegen schließlich günstigerweise im Bereich dessen, was bei herkömmlichen Werkzeugen üblich ist.

Zur Armierung des Kunstharzkerns des erfindungsge­ mäßen Zerspanungswerkzeuges wird in besonders be­ vorzugter Ausbildung der Erfindung ein Gemisch aus Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfa­ sern verwendet, das eine hohe termische und mecha­ nische Belastbarkeit des Kernes gewährleistet. Als Aramidfaser kommt insbesonder Kevlar in Frage, das aufgrund seines hohen Dehnungswiderstandes sowie seiner großen Festigkeit und Biegsamkeit als Ver­ stärkungsmaterial sehr geeignet ist.

Als Mischungsverhältnis für die Zusammensetzung des Kernes empfiehlt die Erfindung eine Mischung, die zu 60 Gewichtsprozent aus Fasern und zu 40 Ge­ wichtsprozent aus Kunstharz besteht. Alternativ dazu kommt beispielsweise auch eine Mischung aus 60 Volumenprozent Fasern und 40 Volumenprozent Kunst­ harz in Frage.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Zwischenraum zwischen den einzelnen Zerspa­ nungselementen nicht als Hohlraum ausgebildet, son­ dern mit dem armierten Kunstharz, aus dem auch der Kern besteht, ausgefüllt. Die Vorzüge dieser Vorge­ hensweise liegen in einer einfachen Fertigung und einem besonders guten Halt der in den Kern gegosse­ nen Zerspanungselemente. Die Funktion wird durch diese Ausbildung des Zerspanungswerkzeuges dagegen nicht beeinträchtigt, weil sich das Material in den Zwischenräumen zwischen den Zerspanungselementen während der Bearbeitungsvorgänge beim Einsatz des Werkzeuges mit abnutzt. Eine Reduktion des Verlet­ zungsrisikos beim Umgang mit derartig ausgebildeten Zerspanungswerkzeugen, bei denen keine scharfharti­ gen Teile überstehen, ist eine weitere vorteilhafte Folge.

Der Kern des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeu­ ges kann beispielsweise eine im wesentlichen zylin­ drische Form, insbesondere die Gestalt eines Kreis­ zylinders besitzen, der je nach Wahl von Länge und Durchmesser des Zylinders beispielsweise als Stift, Walze oder Teller gebildet sein kann. Durch Verwen­ dung geeigneter Zerspanungselemente, die entspre­ chend auf dem Zylindermantel und/oder der Stirn­ seite des Kernes angeordnet werden, lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Zerspanungswerk­ zeuge wie Bohrer, Walzenfräser, Frässcheiben, Um­ fangfräser, Schleifteller sowie Schleif- und Fräs­ stifte herstellen.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Zerspanungs­ werkzeug mit einem Kern in Form einer Kreisscheibe und am Kreisumfang umlaufend angeordneten, eventu­ ell zueinander beabstandeten Zerspanungselementen ausgebildet sein. Je nach Wahl der Zerspanungsele­ mente erhält man dann beispielsweise Schneidschei­ ben, Trennscheiben oder Kreissägeblätter.

Schließlich kann der erfinderungsgemäße Kern auch als Band oder Seil ausgebildet werden, auf dem die Zerspanungswerkzeuge angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise erfindungsgemäße Gatterblätter oder Seilsägen schaffen.

In einer einfachen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Zerspanungswerkzeuges können Kern und Zer­ spanungselement die gleiche Dicke aufweisen.

In vielen Anwendungsfällen erfolgt der Abtransport der bei Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Zerspanungswerkzeug anfallenden Späne über das Werkzeug selbst. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Zerspanungswerkzeug mit Zer­ spanungselementen auszubilden, die eine größere Dicke aufweisen als der Kern. Auf diese Weise kann man beispielsweise Sägen erhalten, die Schnittfugen erzeugen, die breiter als das eigentliche Sägeblatt sind, so daß die anfallenden Sägespäne über den Zwischenraum zwischen Fugenrand und Kern des Säge­ blattes aus der Schnittfuge herausbefördert werden können.

Zur Verbesserung des Haltes der Zerspanungselemente im Kern des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeu­ ges, die üblicherweise z. B. im Kern gehalten sind, wird die Erfindung dahingehend fortgebildet, daß die Zerspanungselemente mit Verankerungselementen versehen werden, die im wesentlich senkrecht zur Bearbeitungsfläche ausgerichtet sind, tief in den Kern hineinragen und durch eine geeignete Formge­ bung für eine solide Verankerung der Zerspanungs­ elemente im Kern sorgen. Mit derartigen Veranke­ rungselementen läßt sich insbesondere dann eine we­ sentliche Verbesserung der Befestigung erzielen, wenn die vom Kern umschlossenen Bereiche der Zer­ spanungselemente nur eine geringe Oberfläche auf­ weisen, wie dies beispielsweise bei dünnen Säge­ blättern der Fall ist, bei denen der Kern nur einen Teil der schmalen Stirnseiten der als Sägezähnen ausgebildete Zerspanungselemente umschließt.

In einer Weiterbildung dieses Gedankens werden die Verankerungselemente bei beispielsweise scheiben­ förmigen Zerspanungswerkzeuge in einem gemeinsamen Ring im Inneren des Werkzeuges zusammengeführt, so daß für jedes Zerspanungselement alle anderen als Verankerungselemente wirken und eine hochbelastbare Fixierung der einzelnen Zerspanungselemente erzielt wird.

Schließlich wird in weiterer Ausbildung der Erfin­ dung vorgeschlagen, den Kern mit Aussparungen zu versehen, die zur Minderung seines Gewichtes dienen und die Kühlung des Zerspanungswerkzeuges sowie den Abtransport des Abriebes verbessern.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert sind. Es zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem scheibenförmigen Zerspanungswerkzeug, wie beispielsweise einer Schneidscheibe in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Teil eines linearen Zerspanungswerkzeuges, wie beispielsweise eines Sägeblattes.

In Fig. 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Schneidscheibe dargestellt, deren Kern (1) aus Kunstharz besteht, das mit einem Gemisch aus Kohle­ fasern und Aramidfasern armiert ist, wobei die Fa­ sern einen Anteil von 60 Gewichtsprozent haben, während der Kunstharzanteil 40 Gewichtsprozent aus­ macht. In diesen Kern (1) sind randseitig Zerspa­ nungselemente (2) eingegossen, die auf jeweils drei Seiten vom Kern (1) umgeben und dadurch fixiert sind. Zusätzlich weisen die Zerspanungselemente (2) noch in den Kern (1) eingegossene Verankerungsele­ mente (3) auf, die im wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsfläche und damit zum Mittelpunkt der Scheibe hin ausgerichtet sind und den Halt der Zer­ spanungselemente (2) im Kern (1) verbessern. Dar­ über sind die Verankerungselemente (3) im Inneren des Kernes (1) zu einem gemeinsamen Ring (4) zusam­ mengeführt, wodurch die einzelnen Zerspanungsele­ mente (2) ihre Befestigung im Kern (1) wechselsei­ tig verstärken, so daß sie auch höchsten Belastun­ gen standhalten. Die Zwischenräume (5) zwischen zwei einander jeweils benachbarten Zerspanungsele­ menten (2) sind ebenfalls mit dem faserverstärkten Kunstharz des Kernes (1) gefüllt, was sich auf die Befestigung der Zerspanungselemente (2) vorteilhaft auswirkt und überdies das Verletzungsrisiko im Um­ gang mit dem Zerspanungswerkzeug reduziert.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemä­ ßen Sägeblattes zu sehen, das wieder aus einem Kern (1) aus faserverstärktem Kunstharz besteht, in dem Sägezähne als Zerspanungselemente (2) eingegossen sind, deren Halt im Kern (1) durch im wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsfläche ausgerichtete, in den Kern (1) eingegossene Verankerungselemente (3) erhöht wird. Um eine ungehinderten Abtransport des bei Bearbeitung anfallenden Sägemehls aus der Schnittfuge zu ermöglichen, sind die Zerspanungs­ elemente (2) mit einer größeren Dicke ausgebildet als der Kern (1). Dieser ist zur Verringerung des Gesamtgewichtes und zur Verbesserung der Kühlungs­ möglichkeiten mit Aussparungen (6) versehen.

Im Ergebnis erhält man geräuscharme, gegen seitli­ che Auslenkungen unempfindliche und leichte Zerspa­ nungswerkzeuge, die für Bearbeitungsvorgänge mit rotierender wie auch linearer Schnittbewegung glei­ chermaßen geeignet sind.

Claims (12)

1. Zerspanungswerkzeug, das sich aus einem Kern so­ wie mit dem Kern verbundenen Zerspanungselementen zusammensetzt, die nach außen frei liegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Kern (1) aus Kunstharzen besteht,
• - das mit Fasern armiert ist, und
• - die einzelnen Zerspanungselemente (2) in den Kern (1) eingelassen sind.

2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern ein Gemisch aus Kohle­ fasern und/oder Glasfasern und/oder Aramidfasern, insbesondere Kevlar, sind.

3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, ge­ kennzeichnet durch eine Mischung aus 60 Gewichts­ prozent/Volumenprozent Fasern und 40 Gewichtspro­ zent/Volumenprozent Kunstharz.

4. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen­ räume (5) zwischen den Zerspanungselementen mit dem Material des Kernes (1) gefüllt sind.

5. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und die Zerspanungselemente auf der Mantelfläche und/oder einer Stirnseite angeordnet sind.

6. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern die Form einer Kreisscheibe besitzt, an deren Umfang die Zerspanungselemente angeordnet sind.

7. Zerpanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Band oder Seil ausgebildet ist.

8. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kern und Zerspa­ nungselemente die gleiche Dicke aufweisen.

9. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerspanungs­ elemente (2) eine größere Dicke aufweisen als der Kern (1).

10. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerspanungs­ elemente (2) Verankerungselemente (3) aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsflä­ che ausgerichtet sind.

11. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (3) in einem gemeinsamen Ring (4) zusammengeführt sind.

12. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Aussparungen (6) im Kern (1).