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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungsoberflächen in
Werkstücken
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1, außerdem eine
Messerplatte für
ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungsoberflächen gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 11 und schließlich
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs gemäß den Oberbegriff der Ansprüche 19 und
20.
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Werkzeuge
der hier angesprochenen Art sind bekannt. Erfasst werden hier ausschließlich solche
Werkzeuge, die der Feinbearbeitung von Bohrungsoberflächen im
Sinne des Finishing dienen. Dasselbe gilt für die Messerplatten sowie das
Herstellungsverfahren der hier angesprochenen Art. Angesprochen
sind hier so genannte Mehrschneider, also Werkzeuge mit einer Anzahl
von Messerplatten, die in den Grundkörper des Werkzeugs eingesetzt sind
und die beispielsweise einen Werkzeugkopf umfassen, der von den übrigen Teilen
des Werkzeugs abgenommen werden oder aber integraler Bestandteil
desselben sein kann. Wesentlicher Gesichtspunkt ist, dass die Schneiden
fest in den Grundkörper
eingelötet
sind. Es ist also nicht vorgesehen, die Messerplatten einstellbar
auszugestalten. Derartige Werkzeuge sind daher einfach zu handhaben.
Die Messerplatten weisen auf ihrer in Drehrichtung des Werkzeugs
weisenden Messerbrust Spanbrecherstrukturen auf, die mittels eines
Schleifverfahrens hergestellt werden. Dieses ist einerseits aufwändig, andererseits
sind die herstellbaren Formen nicht beliebig ausgestaltbar, so dass
das Spanbrecherverhalten der Strukturen nicht optimal auf verschiedene Einsatzfälle des
Werkzeugs einstellbar sind. Derselbe Nachteil ergibt sich auch bei
Messerplatten, die in Zusammenhang mit Werkzeugen der hier angesprochenen
Art verwendet werden. Auch bei den bekannten Herstellungsverfahren
tritt der genannte Nachteil ein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Werkzeug zu schaffen, das diesen
Nachteil nicht aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Werkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch
1 genannten Merkmale umfasst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass
die Spanbrecherstrukturen mittels eines spanlosen Verfahrens herstellbar
sind und dass diese einen definierten Abstand zu der fertig geschliffenen Schneide
der Messerplatte aufweisen. Durch den Einsatz spanloser Herstellungsverfahren,
beispielsweise durch Lasern oder Erodieren, ist der Formenschatz
der herstellbaren Spanbrecherstrukturen wesentlich größer, so
dass diese auf unterschiedlichste Materialien abstimmbar sind.
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Weitere
Ausgestaltungen des Werkzeugs ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es außerdem
eine Messerplatte für
ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungsoberflächen, nämlich zum
Finishing, zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Messerplatte vorgeschlagen, die die in
Anspruch 11 genannten Merkmale umfasst. Sie zeichnet sich dadurch
aus, dass die Spanbrecherstrukturen mittels eines spanlosen Verfahrens
herstellbar und in einem definierten Abstand zur Längskante
der Messerplatte angeordnet sind.
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Weitere
Ausgestaltungen der Messerplatte ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es schließlich auch,
ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs bereit zu stellen,
bei dem die genannten Nachteile vermieden werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die in Anspruch
19 genannten Merkmale umfasst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass
die Umfangsfläche
des Werkzeugs mittels eines Schleifverfahrens zur Erzeugung mindestens
einer geometrisch definierten Schneide bearbeitet wird, an die sich
eine Spanfläche
anschließt.
Die Schneide weist einen definierten Abstand zu auf der Spanfläche vorgesehenen
Spanbrecherstrukturen auf, wie mittels eines spanlosen Verfahrens
hergestellt werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird außerdem ein
Verfahren vorgeschlagen, das die in Anspruch 20 genannten Merkmale
umfasst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass in das Werkzeug, beispielsweise
in den Werkzeugkopf, mindestens eine Messerplatte eingelötet wird
und dass dann deren außen
liegende Längskante
mittels eines Schleifverfahrens zur Erzeugung einer geometrisch
definierten Schneide an der Messerplatte geschliffen wird. Dabei
wird sichergestellt, dass die Schneide einer Messerplatte einen definierten
Abstand zu auf der Spanfläche
vorgesehenen Spanbrecherstrukturen aufweist, die mittels eines spanlosen
Verfahrens hergestellt wird.
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Ausführungsformen
des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionszeichnung eines Werkzeugs schräg von vorne
und
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2 einen
Querschnitt durch das Werkzeug gemäß 1.
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Das
aus 1 ersichtliche Werkzeug 1 weist eine
Anzahl von Messerplatten 3 auf, die hier beispielhaft identisch
ausgebildet und in gleichem Umfangsabstand zueinander in die Umfangsfläche 5 des Werkzeugs 1 einsetzbar
sind. Beispielhaft sind hier sechs Messerplatten 3 vorgesehen,
die in Nuten 7 einsetzbar sind, die in die Umfangsfläche 5 und
den Grundkörper 9 des
Werkzeugs 1 eingebracht sind.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 1 ist
der dem Betrachter zugewandte vordere Teil als Werkzeugkopf 11 ausgebildet,
der die Nuten 7 aufnimmt. Der Werkzeugkopf 11 kann
als separates Teil des Werkzeugs 1 ausgebildet oder aber
integraler Bestandteil desselben sein.
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An
dem dem Werkzeugkopf 11 gegenüberliegenden Ende des Werkzeugs 1 ist
ein hier konisch ausgebildeter Schaft 13 vorgesehen, der
in eine Werkzeugaufnahme einsteckbar ist. Diese kann Teil einer
Werkzeugmaschine oder aber Teil eines Adapters, Zwischenstücks, Verlängerungselements
oder dergleichen sein.
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Die
Nut 7 weist einen der Drehachse 15 des Werkzeugs 1 zugewandten
Nutgrund 17 auf, auf dem die Unterseite 19 der
Messerplatte 3 im eingebauten Zustand zu liegen kommt.
In einem rechten Winkel zum Nutgrund 17 verläuft eine
Anlagefläche 21,
an der die Rückseite 23 der
Messerplatte 3 in eingebautem Zustand anliegt.
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Die
Anlagefläche 21 weist
einen Vorsprung 25 auf, an dem das der Stirnseite 27 abgewandte Ende 29 der
Messerplatte 3 anliegt.
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Die
Position der Messerplatte 3 im Grundkörper 9 des Werkzeugs 1 wird
also durch den Nutgrund 17, die Anlagefläche 21 und
durch den Vorsprung 25 definiert.
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Im
eingebauten Zustand der Messerplatte 3 überragt deren Längskante 31 die
Umfangsfläche 5 des
Werkzeugs 1. Der der Stirnseite 27 zugewandte Bereich
der Längskante 31 bildet
später
die Schneide 33 der Messerplatte 3. Die Schneide 33 ist
hier wie üblich
ausgebildet: Ein erster Bereich ist in Richtung der durch einen
Pfeil 35 gekennzeichneten Vorschubrichtung geneigt und
bildet die Hauptschneide der Messerplatte 3, ein zweiter
Teil der Schneide 33 ist in entgegengesetzter Richtung
geneigt und bildet die Nebenschneide der Messerplatte 3.
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Die
in 1 oben liegende Messerplatte 3 weist
eine auch als Messerbrust bezeichnete Vorderseite auf, die mit einer
Spanbrecherstruktur 37 versehen ist. Die Messerbrust erstreckt
sich also nicht durchgehend eben bis zur Schneide 33, sie
fällt vielmehr
vorher ab, wobei eine Spanleitstufe ausgebildet wird, und verläuft dann
weiter bis zur Schneide 33. Der zwischen der Spanleitstufe
und der Schneide 33 liegende Bereich wird Spanfläche 39 genannt.
Auf dieser laufen die von der Schneide 33 abgetragenen Späne bis zur
Spanleitstufe entlang und werden gebrochen.
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Je
nach bearbeitetem Material werden der Neigungswinkel der Spanfläche 38 und
der Übergangswinkel
zwischen dieser und der Spanleitstufe gewählt, außerdem der Abstand der Spanleitstufe zur
Schneide 33. Auch wird der Verlauf der Spanbrecherstruktur 37 im
Bereich von Haupt- und Nebenschneide auf das Material des zu bearbeitenden Werkstücks abgestimmt,
um ein optimales Spanbruchverhalten vorgeben zu können.
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1 lässt erkennen,
dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Messerplatten 3 eingesetzt
werden, die ein Loch 41 aufweisen. Dieses dient dazu, Lötmaterial
aufzunehmen, ist aber nicht zwingend erforderlich. Es bietet den
Vorteil, dass eine vorgebbare Lotmenge in der Messerplatte 3 untergebracht
werden kann, bevor diese am Werkzeug 1 festgelötet wird.
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Beispielsweise
ist in 1 bei der untersten Messerplatte 3 deren
Rückseite 23 in
perspektivischer Ansicht dargestellt. Es zeigt sich, dass das Loch 41 hier
eine Erweiterung 43 aufweist, die dazu dient, während des
Lötvorgangs
das eingesetzte Lotmaterial in den Bereich der Rückseite 23 der Messerplatte 3 zu
leiten, so dass diese nur im Bereich ihrer Rückseite 23 mit der
Anlagefläche 21 der
Nut 7 verlötet
wird. Damit ist eine exakte Positionierung der Messerplatte gegenüber der
Drehachse 15 des Werkzeugs 1 möglich. Außerdem ist diese auch in axialer
Richtung durch die Anlage ihres Endes 29 an dem Vorsprung 25 der
Nut 7 exakt positioniert.
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Nach
dem Einlöten
der Messerplatte 3 ist also die Spanbrecherstruktur 37 in
einer exakten Position zur Drehachse 15 angeordnet. Dies
gilt auch für
Längskante 31 der
Messerplatte 3. Die Messerplatten 3 können im übrigen auch
am Werkzeug 1 festgeklebt werden.
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Sind
alle Messerplatten 3 in den Grundkörper 9 des Werkzeugs 1 exakt
eingelötet,
findet ein Schleifvorgang statt, bei dem die Längskanten 31 aller
Messerplatten 3 bearbeitet und die Schneide 33 ausgebildet
wird. Durch die exakte Positionierung der Spanbrecherstruktur 37 zur
Drehachse 15 kann ein genau definierter Abstand zwischen
der Schneide 33 und der Spanbrecherstruktur 37 einer
jeden Messerplatte 3 gewährleistet werden.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 ist
ersichtlich, dass die Nut 7 breiter ausgelegt ist als die
Dicke der Messerplatte 3. Wird diese also an der Anlagefläche 21 der
Nut 7 festgelötet,
so verbleibt vor der Messerbrust noch ein freier Raum, in den die
von der Schneide 33 abgetragenen Späne gelangen können. Dieser
Raum wird Spanraum genannt.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Messerplatten 3 identisch
ausgebildet. Es ist jedoch denkbar, auch unterschiedlich gestaltete
Messerplatten vorzusehen. Es ist außerdem vorgesehen, dass bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
alle Messerplatten mit einem Loch 41 versehen sind und
auf der Rückseite 23 der
Messerplatte 3 eine Erweiterung 43 anzubringen,
die dazu dient, Lötmaterial
aufzunehmen und beim Lötvorgang
definiert abzugeben.
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Die
Spanbrecherstrukturen der Messerplatten 3 werden mittels
eines nichtspanenden Verfahrens, beispielsweise durch Lasern oder
Erosion, in die Messerbrust eingebracht. Es ist also möglich, die Ausgestaltung
der Spanleitstufe und der Spanfläche 39 frei
zu wählen,
außerdem
den Abstand der Spanleitstufe zur Schneide 33 exakt vorzubestimmen.
Damit kann das Spanbruchverhalten in einem weiten Rahmen vorgegeben
werden. Es ist daher möglich, unterschiedlichste
Materialien zu bearbeiten und dabei das Spanablaufverhalten vorherzubestimmen. Das
spanlose Verfahren bei der Herstellung der Spanbrecherstruktur 37 bietet
also weit mehr Möglichkeiten,
als dies beim Stand der Technik der Fall ist, wo derartige Strukturen
durch Schleifverfahren realisiert wurden.
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Durch
den Einsatz spanloser Verfahren bei der Herstellung der Spanbrecherstruktur 37 einer Messerplatte 3 kann
auch gewährleistet
werden, dass die Spanbrecherkonturen in sich geschlossen sind, also
den Rand der Spanfläche 33 beziehungsweise
Messerplatte 3 nicht schneiden. Damit ist eine weitere
Möglichkeit
gegeben, das Spanablauf- und Spanbruchverhalten vorherzubestimmen.
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Beim
Einlöten
der Messerplatte 3 in den Grundkörper 9 des Werkzeugs 1 kann
auf übliche Weise
Lötmaterial
eingesetzt werden, um eine Verankerung der Messerplatten 3 im
Werkzeug 1 zu gewährleisten.
Bevorzugt wird jedoch eine definierte Menge von Lötmaterial
in ein Loch 41 in der Messerplatte 3 eingebracht.
Durch die Lage und Ausgestaltung des Lochs 41 kann die
Menge des Lotmaterials und deren Positionierung bezüglich der
Messerplatte 3 und der diese aufnehmenden Nut 7 vorherbestimmt werden.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass das Loch 41 als Durchgangsloch ausgebildet
ist und im Bereich der Rückseite 23 der
Messerplatte 3 eine Erweiterung 43 aufweist, die
trichterförmig
ausgebildet sein kann, um das schmelzende Lot definiert zu beeinflussen.
Damit kann sichergestellt werden, dass die Messerplatte 3 praktisch
ausschließlich
mit ihrer Rückseite 23 an
der Anlagefläche 21 der
Nut 7 angelötet
wird, während
die übrigen
Be rührungsflächen zwischen Messerplatte 3 und
Nut 7 unmittelbar aufeinander liegen und damit eine exakte
radiale und axiale Positionierung der Messerplatte 3 gewährleistet
ist.
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Dadurch,
dass eine exakte radiale Positionierung der Messerplatte gegenüber der
Drehachse 15 gewährleistet
werden kann, ist es möglich,
nach dem Schleifen der Längskante 31 der
Messerplatte 3 einen definierten Abstand zwischen der Schneide 33 und
der Spanbrecherstruktur 39 einzustellen und damit ein exaktes
Spanablaufund Spanbruchverhalten vorzugeben.
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Beim
Lötvorgang
wird die Messerplatte 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch
den Nutgrund 17 und den Vorsprung 25 exakt radial
und axial positioniert. Es ist möglich,
den Vorsprung 25 durch einen in den Nutgrund 17 eingebrachten
Stift zu ersetzen, an dem die Messerplatte 3 mit ihrem
der Stirnseite 27 abgewandten Ende 29 anschlägt, so dass
eine axiale Positionierung definiert vorgebbar ist.
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Denkbar
ist es aber auch, die Messerplatte 3 während des Lötvorgangs mit Hilfe einer Positioniereinrichtung
exakt gegenüber
dem Werkzeug 1 auszurichten und in einer vorbestimmten
radialen und axialen Position zu halten, bis der Lötvorgang
abgeschlossen und das Lotmaterial erkaltet ist.
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Besonders
einfach ist es aber die Positionierung der Messerplatte dadurch
zu gewährleisten, dass
die Unterseite 19 der Messerplatte 3 unmittelbar auf
dem Nutgrund 17 aufliegt und dass das Ende 29 der
Messerplatte 3 unmittelbar am Vorsprung 25 der Nut 7 anliegt.
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2 zeigt
das Werkzeug 1 gemäß 1 in Explosionsdarstellung
mit einer Anzahl von Messerplatten 3, allerdings im Querschnitt.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass auf
deren Beschreibung nicht näher
eingegangen wird.
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Aus 2 ist
ersichtlich, dass die Positioniereinrichtung 45 einen auf
der Unterseite 19 der Messerplatte 3 entspringenden
Vorsprung 47 und eine entsprechende Ausnehmung 49 im
Grundkörper 9 aufweisen
kann. Es ist selbstverständlich
auch möglich,
am Nutgrund 17, einen Vorsprung vorzusehen und in der Messerplatte 3 eine
entsprechende Vertiefung.
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In
Längsrichtung
der Messerplatte 3 können ein
oder mehrere Vorsprünge 47 vorgesehen
werden. Entsprechend sind dann im Nutgrund 17 der Nut 7 mehrere
Ausnehmungen 49 vorzusehen. Dabei sind auch die Konturen
der Vorsprünge
und der Ausnehmungen aufeinander abzustimmen.
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Ist
eine Positioniereinrichtung 45 der hier angesprochenen
Art vorgesehen, kann gegebenenfalls auch auf den Vorsprung 25 in
der Nut 7 verzichtet werden, weil die Messerplatte 3 dann
durch die Positioniereinrichtung 45 in axialer Richtung
definiert gehalten wird.
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Der
Abstand der Messerplatte 3 zur Drehachse 15 des
Werkzeugs 1 kann durch die Positioniereinrichtung 45 ebenfalls
vorgegeben werden, beispielsweise durch die Tiefe der Ausnehmung 49 und die
Länge des
Vorsprungs 47. Es ist aber auch denkbar, die radiale Positionierung
der Messerplatte durch den Nutgrund 17 vorzunehmen und
lediglich die axiale Positionierung der Messerplatte 3 durch die
Positioniereinrichtung 45.
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In 2 ist
die Positioniereinrichtung 45 gestrichelt dargestellt,
um zu verdeutlichen, dass die Positionierung der Messerplatte 3 auch
ausschließlich
dadurch realisiert werden kann, dass diese einerseits am Nutgrund 17 anliegt,
also radial ausgerichtet ist, und andererseits am Vorsprung 25 der
Nut 7, damit axial exakt positioniert ist.
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Durch
die exakte Positionierung der Messerplatte 3 im Werkzeug 1 ist
es möglich,
die auf der Messerbrust vorgesehene Spanbrecherstruktur 37 vor
dem Einsetzen der Messerplatte 3 in das Werkzeug 1 herzustellen.
Bei entsprechender Ausgestaltung des Werkzeugs kann aber die Spanbrecherstruktur 37 auch
noch nach dem Einlöten
realisiert werden, nämlich
dann, wenn die der Anlagefläche 21 gegenüberliegende
Flanke der Nut 7 in einem ausreichenden Abstand zur Messerbrust
angeordnet oder mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen ist.
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Vorzugsweise
ist jedoch vorgesehen, dass die Messerplatten 3 in einem
spanlosen Herstellungsverfahren mit Spanbrecherstrukturen 37 versehen
werden, bevor sie in den Grundkörper 9 des Werkzeugs 1 eingelötet oder
eingeklebt werden.
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Durch
das spanlose Herstellungsverfahren sind wesentlich mehr Strukturen
realisierbar, als dies bei herkömmlichen
Schleifverfahren möglich
war.
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Aus
den Erläuterungen
wird Folgendes deutlich:
Das Werkzeug kann auch aus Vollmaterial,
vorzugsweise aus Vollhartmetall, bestehen und mindestens eine geometrisch
definierte Schneide aufweisen. Dies bedeutet, dass das Werkzeug
auch bei hohen Temperaturen beschichtet werden kann, ohne dass sich
da bei in das Werkzeug eingelötete
oder eingeklebte Messerplatten lösen
können.
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Derartige
aus einem Stück
bestehende Werkzeuge mit Schneidkanten, die Teil des Grundkörpers des
Werkzeugs sind, sind bekannt. Der Grundaufbau entspricht dem, der
sich aus den 1 und 2 ergibt:
In Drehrichtung gesehen ist vor jeder geometrisch definierten Schneide
ein Spanraum vorgesehen, welcher der Abfuhr von mittels der mindestens
einen geometrisch definierten Schneide abgetragenen Spänen dient.
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Bei
der Herstellung eines derartigen Werkzeugs wird dessen Umfangsfläche einem
Schleifvorgang unterworfen, so dass damit die mindestens eine geometrisch
definierte Schneide erzeugt wird, an die eine Spanfläche angrenzt.
Nach dem Schleifvorgang weist die dabei erzeugte Schneide einen
definierten Abstand zu Spanbrecherstrukturen auf, die auf der Spanfläche vorgesehen
sind. Diese können
mittels eines spanlosen Verfahrens hergestellt werden, sei es vor
oder nach dem Schleifvorgang.
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Auch
hier kann vorgesehen werden, dass die Spanbrecherstrukturen in sich
geschlossen sind und den Rand der Spanfläche 39 nicht schneiden.