DE19723718C2 - Vorrichtung zum Drehen und für andere spanende Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen und für andere spanende Verfahren.

Es ist bekannt, daß Materialien gesägt und gedreht werden können, wobei Kreissägen, Bandsägen, Bügelsägen, Gattersägen, Seilsägen, Trommelsägen etc. Verwendung finden. Eine solche Trommelsäge als Bohrwerkzeug ist aus DE 35 41 477 C2 bekannt. Mit z. B. Laubsägen können Bögen gesägt werden. Im Bereich längs der Sägezähne entsteht jedoch stets eine lineare, zumindest bei Kreissägen auch ebene Schnittfläche, da die Sägeblätter geradlinig gespannt oder wie bei Kreissägen eben sind, d. h. die Sägezähne liegen in einer Ebene längs zur Schnittrichtung (Eine Ausnahme stellen Trommelsägen dar. Hier herrscht Linearität längs der Vorschubrichtung). Beim Hinterdrehen lassen sich z. B. Kugeln erzeugen, wobei jedoch ein erheblicher Teil an Spänen entsteht, da das die Kugel umgebende Material völlig verloren geht, (zumindest bis zum größten Durchmesser der Kugel).

Der in den Patentansprüchen 1 bis 9 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Material (z. B. Stein) zu trennen, wobei die Schnittflächen gewölbt (kugelig) seien sollen, also an keiner Stelle eine Geradlinigkeit erkennen lassen, so daß, fügt man die Schnittflächen wieder mit ursprünglichem Abstand zusammen, der Eindruck entsteht, es wurde "um die Ecke bzw. um die Kurve" gesägt, was ja auch der tatsächlichen Vorgehensweise entspricht. Anhand der Oberflächenstruktur bzw. des natürlichen Musters bestimmter Materialien (z. B. Stein) kann offensichtlich erkannt werden, daß die getrennten Teile wirklich aus dem selben Stück stammen.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Diese Vorrichtung besticht durch die noch nicht bekannte und damit neue Möglichkeit zur Erzeugung von Kugelabschnitten und Kugelschichten mit umgebendem Material also der negativen Hohlform (z. B. Kugelgelenke), wobei lediglich die Menge an Spänen entsteht, die sich aus der Schnittbreite und der Größe der Oberfläche zwangsläufig ergibt, was eine Neuerung gegenüber bekannten spanenden Verfahren zur Herstellung von Halbkugeln bzw. Kugelabschnitten oder Kugelschichten aus einem massiven Werkstück darstellt (z. B. "Kugeldrehen").

Das durch die Bearbeitung verlorene Material läßt sich gegebenenfalls durch Dichtungs- oder Lagermassen oder Dichtungs- bzw. Lagerringe o. ä. ersetzen.

Aus einem z. B. 3 cm dicken Werkstück läßt sich z. B. eine Kugelschicht (an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflachte Kugel) mit z. B. 6,5 cm Durchmesser herausarbeiten, wobei der größte Durchmesser der Kugelschicht innerhalb des Werkstückes liegt. Das bedeutet, daß die Kugelschicht in allen Richtungen um deren Mittelpunkt (= Rotationszentrum Z) frei bewegt (gedreht bzw. rotiert) werden kann, wobei sie jedoch vom umgebenden Material nicht getrennt werden kann, da ja der größte Durchmesser innerhalb des Materials (z. B. genau in der Mitte) liegt und damit die Öffnungen auf beiden Seiten kleiner als dieser sind. Hierzu sollten einigermaßen dünne Werkzeuge verwendet werden. Anschließend kann dasselbe Werkstück auch noch mit einem oder ev. mehreren Werkzeugen größeren Durchmessers bearbeitet werden, wobei dann noch ein oder mehrere Ringe mit beidseitig kugeliger Oberfläche entsteh/en/t, welche/r um ihren/sein Mittelpunkt ebenfalls frei drehbar sind/ist, welche/r aber ebensowenig vom umgebenden Material entfernt werden können/kann, sofern ein einigermaßen dünnes Werkzeug verwendet wurde. Eine unbegrenzte Anzahl von Ringen, die nicht vom umgebenden Material trennbar sind, ist praktisch natürlich nicht möglich, da zu große Ringe aufgrund ihrer zu geringen seitlichen Wölbung herausfallen. Statt einer Kugelschicht kann auch eine ganze Kugel erhalten werden, wenn zunächst auf beiden Seiten des Werkstückes ein Kugelabschnitt, der dem Innendurchmesser des Werkzeuges entspricht z. B. durch Drehen erzeugt wurde und das so vorbereitete Werkstück mit der genannten Vorrichtung weiterbearbeitet wird.

Es lassen sich z. B. Kugelgelenke, Kugelventiele, Kugelhähne und ähnliche technische Bauteile fertigen, wobei die Besonderheit darin besteht, daß der Kugeleinsatz und das umgebende Lager ursprünglich ein Stück waren, was beispielsweise für besondere Anwendungen (z. B. besonders chemikalienbeständiger und/oder teurer Spezialwerkstoff bei gleichzeitiger hoher mechanischer Beanspruchung oder lediglich hohe mechanische Beanspruchung) sinnvoll sein kann. Ferner lassen sich Skulpturen aus Holz, Stein, Kunststoff (z. B. farblos) etc. als Schmuck- oder Ziergegenstände fertigen, welche aufgrund ihrer oben aufgeführten Merkmale den menschlichen Formensinn anregen und ein besonderes Interesse nach der Frage der Art und Weise ihrer Herstellung erregen.

Die im Folgenden erläuterten Figuren zeigen einige Ausführungsbeispiele.

Es zeigen

Fig. 1 die Vorrichtung zum Sägen, wobei als Antrieb 8 exemplarisch eine Bohrmaschine Verwendung findet, was natürlich nur in einer bestimmten Größenordnung sinnvoll ist. Dargestellt ist ein mit Hilfe der Achsstifte 1 um seine Schwenkachse 20 schwenkbar gelagerter Bügel 2, in dessen Mitte sich ein Rohr 3 befindet, welches i. d. Regel exakt senkrecht zur Schwenkachse 20 montiert ist und auf das Zentrum Z fluchtet. Der Bügel 2 ist mit den Lagern 10 auf den Haltern 11 montiert. Dieses Zentrum Z ist der zentrale Punkt, um den sich alles dreht, d. h. die Schwenkachse 20 des Bügels 2 durchläuft Z ebenso, wie die Rotationsachse 19 des gegebenenfalls durch den Motor 13 angetriebenen Tellers 12, auf dem das Werkstück W fixiert ist. Der Teller 12 ist höhenverstellbar und das Werkstück wird zweckmäßig (um einen möglichst großen Winkelbereich nutzen zu können) bis zur Berührung der Schneidzähne hochgeschoben (0°-Stellung des Bügels 2, d. h. das Werkstück berührt das Werkzeug überall, sofern es plan ist) und in dieser Position fixiert.

Die Rotationsachse 21 der Werkzeugantriebsachse 6 (im Folgenden "WA" abgekürzt) durchläuft ebenfalls Z. Letztere ist mit der Rotationsachse 19 des Tellers 12 identisch, sofern sich der Bügel 2 in seiner höchsten Position (0°-Stellung des Bügels) befindet. In dem Rohr 3 ist die WA 6 gelagert (unten z. B. durch Kugellager 7). Die obere Lagerung der WA kann im Antriebsmotor 8 selbst erfolgen. Mittels eines Bohrmaschinenfutters beispielsweise ist die WA 6 leicht durch eine andere ersetzbar. Der Antrieb 8 ist mit dem Rohr 3 über den Doppelwinkel 9 (U-Profil) fest verbunden und wird mit dem Bügel geschwenkt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt das Sägen einer Kugelschicht, wobei das Zentrum Z in der Mitte des Werkstückes liegt. Die Dicke des Werkstückes ist hierbei von dem verwendeten Wölbungsradius des Werkzeuges abhängig (s. u.).

Zum Drehen wird die WA sinngemäß durch die Drehstahlmontagestange 18 ersetzt. Der Antrieb 8 entfällt hierbei.

Das Werkstück kann zusätzlich auf doppelseitigem Klebeband oder mit Unterdrucksaugnäpfen o. ä. fixiert werden, damit der sich lösende Kern (sofern eine Kugelschicht herausgearbeitet wird) in der ursprünglichen Position bis zum Abschalten des Antriebes verweilt und sich nicht eventuell verklemmt oder oberflächlich beschädigt wird.

Wird ein halbkugelschalenförmiges Werkzeug (Fig. 3) (180° Wölbung ev. plus halber WA- Durchmesser) verwendet, so läßt sich eine Halbkugel (praktisch eher < 180°) herausarbeiten.

Bei geringerer Werkzeugoberfläche (Wölbung < 180°) entsteht eine Kugelschicht d. h. das Werkstück wird komplett durchtrennt, sofern nicht nur ein Schlitz erhalten werden soll. Soll eine Kugelschicht entstehen, dessen größter Durchmesser exakt in der Mitte des Werkstücks sein soll (Fig. 4 und 6), so muß das Werkzeug um 120° gewölbt sein, wenn nur von einer Seite bearbeitet wird. Wird von beiden Seiten (von oben und unten) bearbeitet, so genügen 90° Wölbung (jeweils plus halber WA-Durchmesser), um möglichst dicke Kugelschichten zu erhalten. Zweckmäßig wird stets der größtmögliche Bereich des Werkzeuges, also von der Schneide bis nahe an die WA heran, ausgenutzt. (Deshalb sollte die WA vor allem in der Nähe des Werkzeuges möglichst dünn sein.) Es lassen sich so Kugelschichten mit einer Dicke von (theoretisch) bis zu 50% (sin (360°/12)) bzw. 70% (sin (360°/8)) (von zwei Seiten bearbeitet) des Durchmessers erzeugen. (Beim Drehen ist der letztere Prozentwert auch annähernd von einer Seite aus zu erreichen, wenn die Drehstahlmontagestange 18 am Äußersten Ende des um etwa 90° gewölbten Drehstahls 17 angebracht ist.) Jede Zwischenstufe zwischen Halbkugel und mittiger Kugelschicht (max. Durchmesser in der Mitte) ist möglich. Zur Ausnützung des größtmöglichen Winkelbereiches benötigt man jedoch stets unterschiedliche Werkzeuge zwischen 90° und 180° Wölbung.

Zum Bearbeiten wird der Antrieb 8 in Gang gesetzt (entfällt i. d. Regel beim Drehen, da hier das Werkstück rotiert) und der Bügel 2 samt Motor 13 und Werkzeug bzw. Drehstahl geschwenkt, um das Werkstück zu bearbeiten. Rotiert das Werkstück 14 hierbei, ist der Bearbeitungsvorgang beendet, wenn das Werkzeug bzw. der Drehstahl das Werkstück vollständig durchtrennt hat bzw. die WA 6 das Werkstück berührt (jede Seite 90° eingeschwenkt ergibt eine Halbkugel (Fig. 3)).

Fig. 2 die Vorrichtung zum Sägen weitgehend wie in Fig. 1, jedoch unter Verwendung eines Gleitringes 4, der wiederum auf dem Trägerring 5 drehbar gelagert ist und z. B. mit Hilfe von mehreren Halteklammern 22 am Ring 5 gehalten wird (Es sind nur zwei Halteklammern dargestellt; Die Ringe sind als Schnittzeichnung gezeigt und daher nur zur Hälfte eingezeichnet.). Der Mittelpunkt des Gleitringes 4 fluchtet mit Z, d. h. seine Drehachse 19, um die er auf dem Trägerring 5 gedreht werden kann (Hochachse), durchläuft Z. Der Bügel 2 ist durch die Lager 10 wie in Fig. 1 hier jedoch auf dem Gleitring 4 montiert. Lange (große) Werkstücke können so bearbeitet werden. Der Teller 12 ist hier gegebenenfalls drehbar gelagert und auf dem höhenverstellbaren Stativ 23 befestigt. Das Werkstück muß jedoch nicht rotieren, da der Bügel 2 samt Gleitring 4 um 360° gedreht werden kann.

Fig. 3 ein halbkugelschalenförmiges Werkzeug 14 mit Schneidzähnen, zum Erzeugen einer Halbkugel aus einem beliebig dicken Werkstück W. Der Wölbungswinkel α beträgt hier etwa 183°, wobei die Schneidzähne etwas (speziell nach außen) geschränkt sind, da der größte Durchmesser des Werkzeuges an dessen unterstem Rand (an der Schneide) liegen muß. Der gestrichelt gezeichnete Pfeil zeigt auf das voll eingeschwenkte Werkzeug 14. Entweder dreht sich das Werkstück hierbei oder das Werkzeug wird zu beiden Seiten in das Werkstück geschwenkt bzw. der Bügel 2 wird wie oben beschrieben gedreht.

Fig. 4 das Werkzeug 15 mit der Wölbung α1 von etwa 121°, womit eine Kugelschicht erhalten werden kann, deren größter Durchmesser exakt in der Mitte des Werkstückes W liegt. Die Dicke des Werkstückes darf hierbei höchstens 50% (praktisch etwas weniger) des gewählten Durchmessers betragen. Das Zentrum Z liegt genau in der Mitte des Werkstückes.

Fig. 5 ein Drehstahl 16 (und dessen Montagestange 18) in seitlicher Ansicht, dessen Wölbung β mindestens 90° (höchstens 180°) beträgt. Das Werkstück W wird in Rotation versetzt. Der Drehstahl wird in Richtung des gestrichelten Pfeiles geschwenkt. Wie in Fig. 3 entsteht eine Halbkugel und deren dazugehörige Hohlform.

Fig. 6
a) den Drehstahl 17 (und dessen Montagestange 18) in seitlicher Ansicht, dessen Wölbung β1 mindestens 60° (höchstens 120°) beträgt. Wie in Fig. 5 beschrieben wird gedreht. Dabei entsteht wie in Fig. 4 eine Kugelschicht mit den o. g. Merkmalen.
b) die Ansicht des Drehstahles aus a) von oben dargestellt (die Breite b des Drehstahles ist variabel), wobei der Drehstahl eine kugelkalottenabschnittsförmige Oberfläche besitzen sollte.

Fig. 4 und 6 das Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes lediglich von einer Seite desselben. Wird von zwei gegenüberliegenden Seiten aus eine Kugelschicht erarbeitet, so kann deren Dicke theoretisch bis zu 70% des Durchmessers betragen. Die Werkzeuge sind hierfür etwa 91° gewölbt.

Fig. 7 eine WA 24, an der drei Werkzeuge montiert sind. In einem Arbeitsgang werden so ein kugelschichtförmiger Kern und zwei größere Ringe erhalten, die nicht voneinander getrennt werden können. Die Werkzeuge müssen je nach Wölbungsradius entsprechend weit vom Zentrum Z entfernt montiert sein.

Grundsätzlich kann auch der Antrieb steif montiert sein, wobei dann das Werkstück W um Z geschwenkt wird (mit Bügel, Ringen etc.).

Die WA ist im Regelfall auf der äußeren, konvex gewölbten Seite des Werkzeuges angebracht. Das Gegenteil ist auch möglich, jedoch sind nur geringere Winkelbereiche nutzbar.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Drehen und für andere spanende Verfahren mit einem Antrieb (8) und einem Werkzeug (14; 15; 16; 17), welches kugelkalottenförmig ausgebildet ist und am Kugelpol eine Werkzeugantriebsachse (6; 18) sowie an der dem Kuge­ läquator zugewandten Seite eine oder mehrere Schneiden aufweist oder als Kugel­ kalottenabschnitt ausgebildet ist, wobei an der der Einspannung abgewandten Seite eine Schneide angebracht oder ausgebildet ist, und wobei das Werkzeug (14; 15; 16; 17) um den Mittelpunkt (Z) der Kugel, deren Oberfläche es beschreibt, um mindestens eine Achse (20) gegen das Werkstück (W) schwenkbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das halbkugelschalenförmige Werkzeug (14, 15) mit einer Gesamtwölbung (α) von max. 180° plus halber Werkzeugantriebsachsdurchmesser ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das kugelkalottenabschnittsförmige Werkzeug (16) mit einer Wölbung (β) von etwa 90°-180° ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das halbkugelschalenförmige Werkzeug (15) mit einer Gesamtwölbung (α1) von 90° ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das kugelkalottenabschnittsförmige Werkzeug (17) mit einer Wölbung (β1) von bis zu 90° ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (14; 15; 16; 17) und die Werkzeugantriebsachse (6; 18) eine fe­ ste, nicht trennbare Einheit bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß an einer Werkzeugantriebsachse (6; 18) mehrere Werkzeuge (24; 16, 17) mit jeweils unterschiedlichen Wölbungsradien montiert seien können.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Werkzeugantriebsachse (6; 18) auf der äußeren (konvexen) Seite, wie auch auf der inneren (konkaven) Seite des Werkzeugs befinden kann.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb A (8) samt der Werkzeugantriebsachse (6; 18) steif montiert ist und das Werkstück (W) statt dessen um das Zentrum (Z) um mindestens eine Achse geschwenkt werden kann.