Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
ein neuartiges Fräswerkzeug
zum Fräsen
von Vertiefungen sowie ein neuartiges Verfahren zum Fräsen von
Vertiefungen zu schaffen.
Dieses
Problem wird durch ein Fräswerkzeug
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug
weist mehrere scheibenförmige
oder plattenförmige
Grundkörpern auf,
die an einem gemeinsamen Träger
derart befestigt bzw. gelagert sind, dass die Grundkörper in
axialer Richtung des Trägers
hintereinander und mit Abstand voneinander angeordnet sowie zusammen
mit dem Träger
um eine Achse desselben drehbar sind, wobei am äußeren Umfang eines jeden Grundkörpers mindestens
ein Schneidkörper
angeordnet ist, und wobei im Bereich mindestens eines Grundkörpers die
Schneidkörper
gegenüber
dem jeweiligen Grundkörper
abgewinkelt sind.
Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich
mindestens eines Grundkörpers
die Schneidkörper
gegenüber
dem jeweiligen Grundkörper
derart abgewinkelt, dass einerseits ein von den jeweiligen Schneidkörpern definierter Fräserradius
größer ist
als ein äußerer Umfangsradius
des jeweiligen Grundkörpers
ist, und dass andererseits im Bereich der Grundkörper die Außenseite der Schneidkörper mit
der Fläche
des jeweiligen Grundkörpers
einen Winkel einschließen.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Schneidkörper
gegenüber
den Grundkörpern
derart abgewinkelt, dass die Schneidkörper auf einer Kreissegmentbahn
liegen Das erfindungsgemäße Verfahren
zum Fräsen
von Vertiefungen ist durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.
Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
1:
ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Seitenansicht;
2a-2c:
das erfindungsgemäße Fräswerkzeug
der 1 beim sukzessiven Fräsen eines Strömungskanals
zwischen benachbarten Laufschaufeln eines integral beschaufelten
Rotors; und
3:
ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Seitenansicht.
Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 in
größerem Detail
beschrieben.
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 10,
wobei das Fräswerkzeug 10 der 1 über drei
scheibenförmige
bzw. plattenförmige
Grundkörper 11, 12 und 13 verfügt, die
an einem gemeinsamen Träger 14 befestigt
bzw. gelagert sind. Selbstverständlich
können auch
zwei Grundkörper
oder mehr als drei Grundkörper
dem Träger 14 zugeordnet
sein. Die Grundkörper 11, 12 und 13 sind
zusammen mit dem Träger 14 des Fräswerkzeugs 10 um
eine Längsmittelachse 15 desselben
im Sinne des Pfeils 16 drehbar. Im Bereich der Grundkörper 11, 12 und 13 verfügt das erfindungsgemäße Fräswerkzeug 10 über gegenüber den
jeweiligen Grundkörpern 11, 12 und 13 abgewinkelte
Schneidkörper 17, 18 und 19.
Die
Schneidkörper 17, 18 und 19 sind
im Ausführungsbeispiel
der 1 derart gegenüber
den plattenförmigen
bzw. scheibenförmigen
Grundkörpern 11, 12 und 13 abgewinkelt,
dass ein durch die Schneidkörper 17, 18 und 19 definierter
Fräserradius R17, R18 sowie R19 größer ist als
ein äußerer Umfangsradius
r11, r12 sowie r13 der jeweiligen Grundkörper 11, 12 bzw. 13.
Die Schneidkörper 17, 18 und 19 sind
dabei gegenüber
dem jeweiligen Grundkörper 11, 12 bzw. 13 zu
einer Seite hin abgewinkelt, und zwar derart, dass eine Außenfläche der
Schneidkörper 17, 18 bzw. 19 und
eine durch den jeweiligen Grundkörper 11, 12 bzw. 13 definierte,
scheibenförmige
bzw. plattenförmige
Fläche
des jeweiligen Grundkörpers 11, 12 bzw. 13 einen
Winkel α17, α18 sowie α19 einschließen. Die Winkel α17, α18 sowie α19 sind
kleiner als 90° und
größer als
0°. Bevorzugt
liegen die Winkel α17, α18 und α19 in einem Bereich zwischen 5° und 65°, besonders
bevorzugt in einem Bereich zwischen 5° und 35°.
Im
Ausführungsbeispiel
der 1 sind die von den Schneidmessern 17, 18 und 19 definierten Fräserradien
R17, R18 sowie R19 unterschiedlich groß. In Axialrichtung des Trägers 14 gesehen,
vergrößern bzw.
verkleinern sich die Fräserradien
R17, R18 sowie R19 sukzessive. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der
Fräserradius
R18 größer als
der Fräserradius
R19 und der Fräserradius R17 ist
größer als
der Fräserradius
R18. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind
die Schneidkörper 17, 18 und 19 der
jeweiligen Grundkörper 11, 12 sowie 13 weiterhin
derart gegenüber den
Grundkörpern 11, 12 bzw. 13 abgewinkelt,
dass im Bereich jedes Grundkörpers 11, 12 und 13 die
Außenseite
der Schneidkörper 17, 18, 19 mit
der Fläche des
jeweiligen Grundkörpers 11, 12, 13 einen
unterschiedlich großen
Winkel α17, α18 sowie α19 einschließt. In Axialrichtung des Trägers 14 gesehen, vergrößern bzw.
verkleinern sich dabei die Winkel α17, α18 sowie α19 sukzessive.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist
der Winkel α18 größer als
der Winkel α17, der Winkel α19 ist
größer als
der Winkel α18. Aus den oben geschilderten Zusammenhängen folgt,
dass im Ausführungsbeispiel
der 1 im Bereich des Grundkörpers 11, an welchem
die Außenseite
der Schneidkörper 17 den
kleinsten Winkel α17 mit der scheibenförmigen Fläche des Grundkörpers 11 einschließen, der
Fräserradius
R17 am größten ist. Im Bereich des Grundkörpers 13 hingegen,
an welchem die Außenseite
der Schneidkörper 19 den
größten Winkel α19 mit
der scheibenförmigen
Fläche
des Grundkörpers 13 einschließen, ist
der Fräserradius R19 am kleinsten.
3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs,
wobei das Fräswerkzeug 22 der 3 wiederum über drei scheibenförmige bzw.
plattenförmige
Grundkörper 23, 24 und 25 verfügt, die
an einem gemeinsamen Träger 26 befestigt
sind.
Die
Grundkörper 23, 24 und 25 sind
zusammen mit dem Träger 26 um
eine Längsmittelachse 25 desselben
im Sinne des Pfeils 28 drehbar. Im Bereich der Grundkörper 23, 24 und 25 verfügt das Fräswerkzeug 22 über Schneidkörper 29, 30 und 31,
wobei im Ausführungsbeispiel
der 3 der oder jeder dem mittleren Grundkörper 24 zugeordnete
Schneidkörper 30 nicht
gegenüber
dem mittleren Grundkörper 24 abgewinkelt
ist. Vielmehr sind im Ausführungsbeispiel
der 3 lediglich die den Grundkörpern 23 und 25 zugeordneten
Schneidkörper 29 und 31,
die zu beiden Seiten des mittleren Grundkörpers 24 positioniert
sind, gegenüber
dem jeweiligen Grundkörper 23 bzw. 25 abgewinkelt.
Die den zu beiden Seiten des mittleren Grundkörpers 24 positionierten
Grundkörpern 23 und 25 zugeordneten
Schneidkörper 29 und 31 sind
dabei derart abgewinkelt, dass dieselben jeweils zum mittleren Grundkörper 24 hin
gerichtet sind. Wie 3 entnommen werden kann, liegen
dabei die Schneidkörper 29, 30 und 31 sämtlicher Grundkörper 23, 24 und 25 auf
einer Kreissegmentbahn. Die dem mittleren Grundkörper 24 zugeordneten
Schneidkörper 30 definieren
im Bereich des mittleren Grundkörpers 24 einen
Fräserradius
R30, der größer ist als der äußere Umfangsradius
r24 des mittleren Grundkörpers 24. Auch im
Bereich der zu beiden Seiten des mittleren Grundkörpers 24 positionierten
Grundkörper 23 und 25 definieren
die denselben zugeordneten Schneidkörper 29 bzw. 31 Fräserradien
R29 bzw. R31, die
einerseits größer als
die äußeren Umfangsradien
r23 bzw. r25 der
jeweiligen Grundkörper 23 bzw. 25 sind,
und die andererseits größer als
der Fräserradius
R30 im Bereich des mittleren Grundkörpers 24 sind.
In dem Fall, in dem die zu beiden Seiten des mittleren Grundkörpers 24 positionierten
Grundkörper 23 und 25 zum
mittleren Grundkörper 24 den
gleichen Axialabstand aufweisen, sind die Fräserradien R29 sowie
R31 im Bereich der Grundkörper 23 sowie 25 vorzugsweise
in etwa gleich groß.
Ebenso sind dann die Winkel α29 sowie α31 betragsmäßig gleich groß, wobei
jedoch beide Winkel gegensinnig orientiert sind, nämlich derart, dass
die Schneidkörper 29 sowie 31 jeweils
zum mittleren Grundkörper 24 hin
abgewinkelt sind.
Die
Fräswerkzeuge
der 1 und 3 eignen sich zum Fräsen von
Nuten an einem Werkstück, insbesondere
zum Fräsen
von Strömungskanälen zwischen
benachbarten Schaufeln eines integral beschaufelten Rotors. Da die
erfindungsgemäßen Fräswerkzeuge
gegenüber
mechanischen Beanspruchungen unempfindlicher ist als aus dem Stand
der Technik bekannte Schaftfräser,
können
hohe Zerspannungsleistungen erzielt werden. Die Schneidkörper der
Fräswerkzeuge
können
als Hartmetallzähne
oder auch als Keramikschneidplatten ausgeführt sein.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Fräsen
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 10 des
Ausführungsbeispiels
der 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2a bis 2c beschrieben,
wobei Fig. 2a bis 2c das
Fräswerkzeug 10 zusammen
mit einem zu bearbeitenden Werkstück 20 zeigen. Bei
dem Werkstück 20 kann
es sich um einen Rotorgrundkörper
handeln, in welchen mithilfe des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 10 als
Vertiefungen 21 Strömungskanäle zwischen
benachbarten Schaufeln gefräst
werden sollen. Bei der Fräsbearbeitung
mithilfe des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 10 des
Ausführungsbeispiels
der 1 wird so vorgegangen, dass jede zu fräsende Vertiefung 21 schrittweise
bzw. nacheinander von den Schneidkörpern 17, 18 und 19 aller
Grundkörper 11, 12 und 13 bearbeitet
wird. Hierzu wird eine schrittweise Relativbewegung zwischen dem
Fräswerkzeug 10 und
dem zu bearbeitenden Werkstück 20 etabliert.
In 2a wird die Vertiefung 21 von den Schneidkörpern 17 des
Grundkörpers 11 bearbeitet.
Dabei ist die Längsmittelachse 15 des Fräswerkzeugs 10 gegenüber dem
Werkstück 20 um einen
bestimmten Winkel schräggestellt.
Die Schneidkörper 18 und 19 der
Grundkörper 12 und 13 sind
außer
Eingriff mit dem Werkstück 20.
In 2b wird die Vertiefung 21, die bereits
von den Schneidkörpern 17 des
Grundkörpers 11 bearbeitet
wurde, von den Schneidkörpern 18 des
Grundkörpers 12 bearbeitet.
Dabei ist die Längsmittelachse 15 des
Fräswerkzeugs 10 wiederum
gegenüber
dem Werkstück 20 um
einen bestimmten Winkel schräggestellt,
der größer ist
als in 2a. Die Schneidkörper 17 und 19 der
Grundkörper 11 und 13 sind
außer
Eingriff mit dem Werkstück 20.
In 2c wird die Vertiefung 21, die bereits
von den Schneidkörpern 17 und 18 der Grundkörper 11 und 12 bearbeitet
wurde, von den Schneidkörpern 19 des
Grundkörpers 13 bearbeitet. Dabei
ist die Längsmittelachse 15 des
Fräswerkzeugs 10 wiederum
gegenüber
dem Werkstück 20 um
einen bestimmten Winkel schräggestellt,
der größer ist
als in 2a und 2b. Die
Schneidkörper 17 und 18 der
Grundkörper 11 und 12 sind
außer
Eingriff mit dem Werkstück 20.
Jede der Vertiefungen 21 wird demnach in mehreren hintereinander
folgenden Schritten ausgefräst,
wobei in jedem der Schritte die Schneidkörper 17, 18, 19 eines
anderen Grundkörpers 11, 12, 13 aktiv
sind.
Ebenso
kann das erfindungsgemäße Verfahren
zum Fräsen
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 22 des
Ausführungsbeispiels
der 3 erfolgen, wobei 3 das Fräswerkzeug 22 wiederum
zusammen mit dem zu bearbeitenden Werkstück 20 zeigt, welches
wiederum vorzugsweise als Rotorgrundkörper ausgebildet ist und in
welches mithilfe des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 22 als
Vertiefungen 21 Strömungskanäle zwischen
benachbarten Schaufeln gefräst
werden sollen. Bei der Fräsbearbeitung
wird wiederum so vorgegangen, dass jede zu fräsende Vertiefung 21 nacheinander
von den Schneidkörpern 29, 30 und 31 aller
Grundkörper 23, 24 und 25 bearbeitet
wird, wobei jedoch im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 alle Schneidkörper 29 bis 31 gleichzeitig
in Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstück stehen, und zwar im Bereich
jeweils einer zu fräsenden
Vertiefung 1. So kann 3 entnommen
werden, dass die Schneidkörper 29, 30 und 31 die
Vertiefungen 21 jeweils in einen anderen Bereich bzw. Abschnitt
der jeweiligen Vertiefung 21 bearbeiten. Im Ausführungsbeispiel
der 2 verläuft dabei die Längsmittelachse 27 des
Fräswerkzeugs 22 tangential
sowie mit radialem Abstand zum Werkstück 20. Es sei darauf
hingewiesen, dass auch bei dem Fräswerkzeug 22 des Ausführungsbeispiels
der 2 die Längsmittelachse 27 desselben
beim Fräsen
zum Werkstück 20 schräggestellt
sein kann.
Um
die zu bearbeitenden bzw. auszufräsenden Vertiefungen 21 schrittweise
bzw. sukzessive in den Wirkungsbereich der Schneidkörper der
unterschiedlichen Grundkörper
der Fräswerkzeuge 10 bzw. 22 zu
bewegen, wird, wie bereits erwähnt,
eine Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 20 und
dem Fräswerkzeug 10 bzw. 22 etabliert.
Bei dieser Relativbewegung, in welcher das Werkstück 20 um
die Teilung bzw. den Teilungswinkel der Vertiefungen 21 gedreht
wird, steht das Fräswerkzeug 10 bzw. 22 außer Eingriff
mit dem Werkstück 20.
Erst nach Ausführung
dieser Relativbewegung wird zur Fräsbearbeitung das Fräswerkzeug 10 bzw. 22 wieder
in Eingriff mit dem Werkstück 20 gebracht.
Bei der Fräsbearbeitung
steht demnach das Werkstück 20 still,
das Fräswerkzeug 10 bzw. 22 wird im
Sinne des Pfeils 16 bzw. 28 drehend angetrieben, wobei
dieser Drehbewegung eine geringfügige
Axialbewegung in Richtung der Längsmittelachse 15 bzw. 27 überlagert
sein kann. Zur Durchführung
der Relativbewegung zwischen dem Werkstück 20 und dem Fräswerkzeug 10 bzw. 22 zur
Bewegung einer zu bearbeitenden Vertiefung 21 in den Wirkungsbereich
eines anderen Grundkörpers
des Fräswerkzeugs 10 wird
das Fräswerkzeug 10 vom
zu bearbeitenden Werkstück 20 abgestellt
und vorzugsweise wird das Werkstück 20 um
den Teilungswinkel der Vertiefungen 21 gedreht, wobei beim
Fräswerkzeug 22 der 3 die
Schneidkörper
an den Teilungswinkel der Vertiefungen 21 und an den Radius
des Werkstücks 20 angepasst
sind.