Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einfach oder mehrfach gekurvten Konturen in einem Werkstück. Ebenso betrifft die Erfindung ein Werkzeug, das geeignet ist, einfach oder mehrfach gekurvte Konturen in einem Werkstück herzustellen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Bearbeitungsprozesse zur Herstellung von gelmimmten Konturen in flachen oder an schalenartigen Werkstücken, wie beispielsweise Karosseriebauteile oder Baugruppen im Bereich der Windenergieindustrie. Bei der Herstellung solcher Konturen ist die Kantenqualität ein wichtiger Aspekt für die Güte des Bearbeitungsprozesses.

Aus DE 37 20 169 C2 ist eine Sägevorrichtung zum Sägen von Kanthölzern oder Baumstämmen bekannt, bei der das Sägeblatt über seine Schneidelemente eine Kerbe schneidet. Die Dicke der Schneidelemente ist größer als die Dicke des Sägeblattes, so dass jederzeit ein minimaler seitlicher Abstand zwischen dem Sägeblatt und der geschnittenen Kante vorliegt. Der seitliche Abstand erlaubt einen Krümmungsradius für die Schnittkontur, wobei auch beim Schneiden der geloümmten Kontur ein seitlicher Abstand eingehalten wird.

Aus DE 298 14 668 Ul ist ein Sägeblatt für Kreis- oder Gattersägen bekannt, bei dem die einzelnen Schneidzähne an ihrer Schneidkante eine U-förmige Beschichtung aufweisen. Die Schneidzähne sind als separate Bauteile ausgebildet und werden an dem Grundkörper des Sägeblattes befestigt. Aus JP 2011-148008 A ist ein Sägeblatt zum Schneiden entlang von kurvigen Schnittlinien bekannt. Das Sägeblatt ist biegbar ausgestaltet und kann über eine axiale Presseinrichtung konvex oder konkav gebogen werden.

Aus JP 2010-0127280 ist eine Vorrichtung zum Schneiden von geradlinigen und beliebig gekrümmten Konturen bekannt. Ein zwischen zwei kegelförmigen Haltern drehbar gelagertes Sägeblatt kann entsprechend der gewünschten Kontur gebogen werden.

Aus US 2007/0266841 ist ein kreisförmiges Sägeblatt bekannt geworden, bei dem das Sägeblatt in radialer Richtung außen unterschiedlich geformte, ringförmige Bereiche besitzt, die dem Sägeblatt Elastizität in axialer Richtung verleihen.

Aus US 3,919,752 ist ein kreisförmiger Fräskopf bekannt geworden, der zum Fräsen von gekrümmten Ausnehmungen mit konstantem Radius vorgesehen ist, wobei die Schneidkanten auf einer konischen Fläche liegen, deren Längsachse mit der Drehachse des Fräsers zusammenfällt.

Aus DE 88 15 942 Ul ist ein Kreissägeblatt bekannt geworden, das eine kegelsegmentförmige oder eine kugelschalen-segmentförmige Ausbildung besitzt, um kreisförmige Schnitte in einer Ebene sicher zu ermöglichen.

Aus GB 211,642 ist eine Säge mit einem kreisförmigen Sägeblatt bekannt geworden, wobei das Sägeblatt konvex gekrümmt ist, um Konturen mit einem vorgegebenen Radius zu schneiden.

Aus US 4,602,434 ist ein Kreissägeblatt bekannt geworden, bei dem das Sägeblatt konvex gekrümmt ist, um einen Bogen zu schneiden. Beim Herstellen von Konturen in flachen oder schalenförmigen Werkstücken kommt es, wenn die gewählte Geometrie des eingesetzten scheibenförmigen Werkzeugs nicht auf den Krümmungsradius der Kontur abgestimmt ist, zu extremer Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, hohem Werkzeugverschleiß, unzulässigen Schwingungen, Lärmentwicklung und / oder Schädigungen der erzeugten Bauteilkante, d.h. einem instabilem Prozess und einer schlechten Kantenqualität.

Es besteht daher das Bedürfnis, ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung von ein oder mehrfach gekurvten Konturen bereit zu stellen, das mit einfachen Mitteln bei einer guten Bearbeitungsqualität das Schneiden von unterschiedlichsten Krümmungsradien zulässt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen und bestimmt, um einfach oder mehrfach gekurvte Konturen in einem Werkstück herzustellen. Das Verfahren verwendet ein scheibenförmiges, biegesteifes Werkzeug, das einen Grundkörper mit zwei einander gegenüberliegenden Flachseiten und einer umlaufenden Umfangsfläche mit einer definierten Breite besitzt. Vorzugsweise ist das Verfahren für den Vollschnitt vorgesehen, d. h. vom Werkzeug werden im Werkstück gleichzeitig zwei sich gegenüberliegende Schnittflächen erzeugt. Mindestens eine der Flachseiten verjüngt sich in einem Übergangsbereich ausgehend von der Breite der Umfangsfläche in einem ringförmigen Radiusbereich des Werkzeugs. Die im Werkzeugquerschnitt größte Breite der Umfangsfläche definiert die Grenzen zu den beiden Flachseiten. Die Bereiche der Flachseiten vom Werkzeugquerschnitt größter Breite zum Werkzeugquerschnitt kleinerer Breite werden Übergangsbereich genannt. Die Scheibe besitzt infolge dessen einen axialen Überstand w des Schneidenbereichs am Umfang der Scheibe gegenüber dem Werkstückquerschnitt mit kleinerer Breite an der Flachseite. Die Schneidfläche des Werkzeugs ist auf der Umfangsfläche und mindestens teilweise in dem Übergangsbereich zu den Flachseiten angeordnet. Die Schneidfläche erstreckt sich mindestens teilweise in den Übergangsbereich und kann diesen teilweise oder vollständig bedecken und sich über den Übergangsbereich hinaus auf der restlichen Flachseite erstrecken. Das Verfahren sieht als Verfahrensschritt vor, eine vorbestimmte Kontur durch das Werkstück mit rotierendem Werkzeug abzufahren. Bei dem Abfahren der Kontur wird ein Nachlaufwinkel ß, abhängig von dem Spurradius der abgefahrenen Kontur, eingestellt. Der Nachlaufwinkel ß ist definiert als der Winkel der auf die Werkstückoberfläche projizierten Rotationsachse des Werkzeugs zu der Verbindungslinie vom Momentanpol des Werkzeugs zu dem auf die Werkstückoberfläche projizierten Rotationszentrum des Werkzeugs. Der axiale Überstand w und/oder das Einstellen des Nachlaufwinkels ß erlauben es, Konturen mit variablem Spurradius abzufahren. Je nach Größe des Spurradius wird ein Nachlaufwinkel an dem Werkzeug entsprechend eingestellt, so dass stets eine gute Kantenqualität und ein stabiler Prozess vorliegen. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein von Null verschiedener Nachlaufwinkel eingestellt wird, tritt die Situation auf, dass auch die in dem Übergangsbereich angeordnete Schneidfläche zur Konturbildung beiträgt und so gemeinsam mit der Umfangsfläche die Kontur in das Werkstück schneidet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein von der Eintauchtiefe des Werkzeugs in das Werkstück, dem Werkzeugradius r und dem Nachlaufwinkel ß abhängiger, minimaler Konturradius vorgesehen. Der minimale Konturradius entspricht dem Spurradius, der gerade noch gefahren werden kann, ohne dass eine der Flachseiten mit der Soll- Werkstückkante in Berührung kommt. Das bedeutet, das Werkzeug schneidet auf der Umfangsfläche und tangiert die Schnittkante mit mindestens einem außen liegenden Punkt der Umfangsfläche. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt mit einem Nachlaufwinkel von Null gearbeitet, wenn der damit verbundene minimale Konturradius kleiner als der Spurradius ist. Bei einem Nachlaufwinkel von ß = 0 ist der Übergangsbereich ausschließlich bei einem Wechsel zwischen unterschiedlichen Radien an dem Schneideprozess beteiligt. Andernfalls schneidet bei konstantem Radius nur die Umfangsfläche.

Bei dem erfindungs gemäßen Verfahren wird ein von Null verschiedener Nachlaufwinkel gewählt, wenn der Spurradius kleiner als der für einen Nachlaufwinkel von Null sich ergebende minimale Konturradius ist. Das bedeutet, das Werkzeug schneidet auf der Umfangsfläche und tangiert die der Werkzeugachse zugewandte Schnittkante mit den außen liegenden Punkten A und/oder B sowie die der Werkzeugachse abgewandte Werkstückoberfläche mit den korrespondierenden Punkten A' und/oder B'. Bei einem von Null verschiedenen Nachlaufwinkel tritt zusätzlich durch die auf einer der Flachseiten mit dem Übergangsbereich angeordneten Schneidfläche eine Bearbeitung des Werkstücks auf. Zu jedem Spurradius kleiner als dem minimalen Konturradius kann ein negativer oder ein positiver Nachlaufwinkel gewählt werden, wobei dann jeweils die der Kxümmung zugewandte oder die der Krümmung abgewandte Flachseite mit ihrer Schneidfläche am Trennprozess beteiligt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird der Nachlaufwinkel so eingestellt oder entlang der Vorschubbahn angepasst, dass nicht nur entlang der Bahn die gewünschten Konturradien eingehalten werden, sondern sich auch die Breite der geschnittenen Nut beeinflussen lässt. Grundsätzlich ist dabei zwischen der Breite der geschnittenen Nut an der oberen und der unteren Werkstückoberfläche zu unterscheiden. Bei dünnwandigen (Schalen-)Bauteilen ist dieser Unterschied gering und kann in einer bevorzugten Ausführung toleriert werden.

In einer bevorzugten Ausführung werden der vorlaufende Punkt des einen Randes der Umfangsfläche und der nachlaufende Punkt des anderen Randes auf jeweils einer der Schnittkanten der Nut geführt, die zueinander die gewünschte Breite haben. Auf diese Weise sind an dünnwandigen Bauteilen auch Schlitze gewünschter Breite herstellbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrung ist die Flachseite des Werkzeugs im Bereich der Eintauchtiefe h ₁ über den Übergangsbereich so weit verjüngt, dass die Kontaktfläche des Werkzeugs auf der Flachseite mit der konvexen Schnittfläche des Werkstücks vermindert oder vermieden wird. In vorteilhafter Weise bewirkt dies, dass sich bei gekurvten Konturen die Nutbreite gegenüber der Breite im geraden Schnitt verkleinern kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich auch ein Spurkorrekturwinkel α für das rotierende Werkzeug vorgesehen sein. Mit dem Spurkorrekturwinkel α wird das Werkzeug um eine Achse geneigt, die durch die Schnittpunkte der Werkstückoberfläche, die der Werkzeugachse zugewandt ist, mit dem Rand des Umfangbereichs, der dem Momentanpol der Kontur zugewandt ist, verläuft. Um die gedachte Verbindungslinie wird dann das Werkzeug, um den Winkel α geneigt. Durch eine solche Neigung um den Winkel α wird die geometrische Ausbildung der Schnittfläche verändert. Die Schnittfläche grenzt über die Schnittkanten an die obere und untere Werkstückoberfläche. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Spurkorrektorwinkel α entsprechend einem gewünschten Konturwinkel γ eingestellt. Der Konturwinkel γ ist definiert für einen beliebigen Punkt auf der oberen Schnittkante zwischen der Flächennormalen auf die Schnittfläche und der Flächennormalen auf die Bauteiloberfläche. Ohne Spurkorrekturwinkel α liegt bei gekrümmten Konturen ein von 90° verschiedener Konturwinkel γ vor, da sich die Schnittpunkte des Randes der Umfangsfläche mit der konvexen Werkstückkontur auf der Werkstückoberseite (Punkte A und B) nicht auf dem gleichen Radius - bezogen auf den Momentanpol - befinden, wie die Schnittpunkte auf der Werkstückunterseite (Punkte A' und B'). Der Abstand der Radien in Richtung der Werkzeugachse wird als Spurfehler s bezeichnet. Der Spurkorrektarwinkel α muss zur Herstellung eines gewünschten Konturwinkels γ während Konturradienübergängen angepasst werden, da je nach Konturradius unterschiedliche Spurfehler zwischen unterer und oberer Werkstückoberflächenkante auftreten.

Bei dünnwandigen (Schalen-)Bauteilen kann ein durch das Verfahren vom Soll abweichender Konturwinkel in einer bevorzugten Ausführung toleriert werden. Durch Verstellen des Spurwinkels α kann der Konturwinkel auch bei kurvigen Konturen auf einem gewünschten Wert konstant gehalten werden.

Die erfmdungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Werkzeug zur Herstellung von einfach und mehrfach gekrümmten Konturen gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der darauf zurückbezogenen, abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Werkzeug ist vorgesehen und bestimmt zur Herstellung von einfach oder mehrfach gekurvten Konturen. Das Werkzeug besitzt einen scheibenförmigen, biegesteifen Grundkörper mit einer Schneidfläche. Der 14 053807

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Grundkörper besitzt zwei einander gegenüberliegende Flachseiten und eine umlaufende Umfangsfläche mit einer definierten Breite. Mindestens eine der Flachseiten verjüngt sich in ihrer Breite im Übergangsbereich, wobei die Verjüngung, ausgehend von der Breite der Umfangsfläche in einem ringförmigen Radiusbereich des Werkzeugs ausgebildet ist. Die im Werkzeugquerschnitt größte Breite der Umfangsfläche definiert die Grenzen zu den beiden Flachseiten. Die Bereiche der Flachseiten vom Werkzeugquerschnitt größter Breite zum Werkzeugquerschnitt kleinerer Breite werden Übergangsbereich genannt. Die Schneidfläche ist entlang der Umfangsfläche angeordnet. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Schneidfläche zusätzlich von der Umfangsfläche aus mindestens teilweise auf den Übergangsbereich der Flachseite. Die Schneidfläche kann sich über den Übergangsbereich hinaus auf der Flachseite erstrecken. Die Schneidfläche auf dem Übergangsbereich wirkt bei der Herstellung von gekurvten Konturen mit der auf der Umfangsfläche angeordneten Schneidfläche des Werkzeugs zusammen. Die sich auf mindestens einen Übergangsbereich erstreckende Schneidfläche erlaubt es mit einem von Null verschiedenen Nachlaufwinkel mit dem Werkzeug zu arbeiten. Hierdurch können mit dem Werkzeug auch Kurvenradien geschnitten werden, die kleiner als der bei einem Nachlaufwinkel von Null vorliegende minimale Konturradius sind. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann sowohl auf Werkzeugmaschinen und Industrierobotern als auch tragbaren Handgeräten eingesetzt werden. Für einen Nachlaufwinkel von Null wird mindestens der schneidfähige Übergangsbereich eingesetzt, um Übergänge zwischen verschiedenen Radien der Schnittkante bearbeiten zu können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Schneidfläche aus geometrisch Undefinierten Schneiden, insbesondere Abrasivkörnern. In der Ausgestaltung der Schneidfläche mit geometrisch Undefinierten Schneiden kann das Werkzeug als eine Art von Trennscheibe angesehen werden. Insbesondere bei der Ausgestaltung als Trennscheibe kann vorgesehen sein, dass die Schneidfläche sich auf eine, und zwar nur eine, Flachseite des Werkzeugs erstreckt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Schneidfläche eine radial nach außen weisende Hauptschneide auf der Umfangsfläche und eine auf der Flachseite im Übergangsbereich angeordnete Nebenschneide. Bei dieser Ausgestaltung dient das Werkzeug als Säge, deren Haupt- und Nebenschneide jeweils eine oder mehrere Schneidkanten aufweisen.

In einer bevorzugten Weiterbildung besitzen Hauptschneide und Nebenschneide einander entgegengesetzt orientierte Schneidkanten.

In einer bevorzugten Weiterbildung besitzt das Werkzeug ein Radius-Überstand- Verhältnis (RÜV), das definiert ist als Quotient aus Werkzeugradius r und axialem Überstand w des Umfangsbereichs über die Flachseite kleinerer Breite, von maximal 30 (RÜV r/w, vgl. Fig. 5). Bevorzugt beträgt das RÜV maximal 20, insbesondere bevorzugt nimmt das RÜV einen Wert von maximal 10 an. Das Radius-Überstand- Verhältnis ist eine geometrische Größe, die ganz wesentlich in die Bestimmung der Scheibensteifigkeit und die Bestimmung des minimalen Konturradius eingeht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs und des erfindungs gemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fign. 1.1 u. 1.2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen

Trennscheibe bei Herstellen einer gekrümmten Kontur, Fign. 2.1 u. 2.2 eine Ansicht von der Seite der Trennscheibe in Fign. 1.1 u. 1.2,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 2.1 oder

2.2,

Fig. 4 eine Seitenansicht mit geometrischen Hilfslinien,

Fig. 5 ein Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Ansicht auf das Werkzeug bei einem

Nachlaufwinkel von ß = 0,

Fig. 7.1 ein Schnitt entlang der Linie D-D aus Fig. 6 bei einem

Nachlaufwinkel von ß = 0 und für den Fall, dass Punkt A und Punkt B auf der konvexen Schnittkante liegen,

Fig. 7.2 ein Schnitt entlang der Linie D-D aus Fig. 6 durch ein extrem asymmetrisches Werkzeug bei einem Nachlauf winkel von ß = 0 und für den Fall, dass Punkt A und Punkt B auf der konvexen Schnittkante liegen, eine perspektivische Ansicht auf das Werkzeug von der Seite bei einem positiven Nachlaufwinkel,

Fig. 9.1 ein Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 8 bei einem

Nachlaufwinkel ß > 0 und für den Fall, dass Punkt A auf der konvexen Schnittkante liegt, ein Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 8 durch ein extrem asymmetrisches Werkzeug bei einem Nachlaufwinkel von ß > 0 und für den Fall, dass Punkt A auf der konvexen Schnittkante liegt und die Werkzeugflachseite mit axialem Überstand von der konvexen Konturkante weggerichtet ist, ein Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 8 durch ein extrem asymmetrisches Werkzeug bei einem Nachlaufwinkel von ß > 0 und für den Fall, dass Punkt A auf der konvexen Schnittkante liegt und die Werkzeugflachseite mit axialem Überstand der konvexen Konrurkaten zugewandt ist, eine perspektivische Ansicht auf das Werkzeug von der Seite bei einem negativen Nachlaufwinkel, ein Schnitt der Linie F-F aus Fig. 10 bei einem Nachlaufwinkel von ß < 0 und für den Fall, dass Punkt B auf der konvexen Schnittkante liegt und die Flachseite des Werkzeugs zwischen B und B* schneidet, ein Schnitt entlang der Linie F-F aus Fig. 10 bei einem Nachlaufwinkel von ß < 0 und für den Fall, dass Punkt B auf der konvexen Schnittkante liegt und die Flachseite des Werkzeugs das Werkstück zwischen B und B* in zwei Bereichen schneidet, Fig. 11.3 ein Schnitt entlang der Linie F-F aus Fig. 10 durch ein extrem asymmetrisches Werkzeug bei einem Nachlauf winkel von ß < 0 und für den Fall, dass Punkt B auf der konvexen Schnittkante liegt,

Fig. 12 die Schnittansicht entlang der Linie B-B aus Fig. 4 mit und ohne Spurkorrekturwinkel a,

Fig. 13 ein Beispiel für eine erfindungs gemäß ausgeführte

Trennscheibe,

Fig. 14 ein Schnitt entlang der Linie C-C aus Fig. 13 und

Fign. 15 - 18 zeigen den Schnittverlauf verschiedener Werkzeuge in der

Ansicht des Schnittes D-D aus Fig. 6.

Fig. 1.1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie ein plattenförmiges Werkstück 10 entlang einer gebogenen Kontur 14 durch eine Trennscheibe 12 getrennt wird. Die Trennscheibe 12 wird motorisch angetrieben, wobei der Werkzeugsantrieb 16 mit der Trennscheibe 12 in seiner Position relativ zu dem Werkstück 10 eingestellt werden kann. Der Werkzeugantrieb ist koaxial über ein Verbindungselement 35 mit dem Werkzeug verbunden und besitzt einen größeren Durchmesser als das Werkzeug selbst.

Fig. 1.2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie ein plattenförmiges Werkstück 10 entlang einer gebogenen Kontur 14 durch eine Trennscheibe 12 getrennt wird. Die Trennscheibe 12 wird motorisch angetrieben, wobei der Werkzeugantrieb 16 mit der Trennscheibe 12 in seiner Position relativ zu dem Werkstück 10 eingestellt werden kann. Der Werkzeugantrieb ist orthogonal über ein Winkelaggregat 36 mit dem Werkzeug verbunden.

Fig. 2.1 zeigt einen Blick von der Seite auf das Werkstück 10. Deutlich zu erkennen ist, dass aufgrund der gekurvten Kontur 14 das Werkzeug 12 mit seiner Umfangsfläche gegenüber der ursprünglichen Öffnung 14 versetzt ist. Ferner ist in Fig. 2.1 zu erkennen, dass das Werkzeug 12 um die sogenannte - Achse geneigt ist. Hierdurch wird, wie nachfolgend noch zu erläutern ist, die Kontur des Werkstücks aufgrund der gekurvten Spur korrigiert. Es ist zu erkennen, dass vorzugsweise eine Bearbeitung in der Nähe der Rohteilkante 37 erfolgt, da es ansonsten zu einer Kollision von Werkstück 10 und Werkzeugantrieb 16 kommen würde.

Fig. 2.2 zeigt einen Blick von der Seite auf das Werkstück 10. Deutlich zu erkennen ist, dass aufgrund der gekurvten Kontur 14 das Werkzeug 12 mit seiner Umfangsfläche gegenüber der ursprünglichen Öffnung 14 versetzt ist. Ferner ist in Fig. 2.2 zu erkennen, dass das Werkzeug 12 um die sogenannte a- Achse geneigt ist. Hierdurch wird, wie nachfolgend noch zu erläutern ist, die Kontur des Werkstücks aufgrund der gekurvten Spur korrigiert. Es ist zu erkennen, dass bei planen Werkstücken durch Einsatz eines Winkelaggregats 36 die Bearbeitung im Gegensatz zur Situation aus Fig. 2.1 auch entfernt von der Rohteilkante 37 erfolgen kann.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 2.1 oder Fig. 2.2 auf das Werkstück 10. In der Schnittansicht gemäß Fig. 3 ist deutlich zu erkennen, dass die gekurvte Kontur 14 einerseits mit der Umfangsfläche 16 des Werkzeugs geschnitten wird. Bezogen auf die Vorschubrichtung wird im hinteren Teil der Scheibe die Kontur 14 durch einen radial innen liegenden Übergangsbereich 18 der Flachseite ausgehend von Punkt D geschnitten. Der Übergangsbereich 18 zeigt den aktiv am Schnitt beteiligten Übergangsbereich. Wie in Fig. 3 dargestellt und nachfolgend noch erläutert wird, entspricht die Position des Werkzeugs 12 einem positiven Nachlaufwinkel ß, der die Möglichkeit schafft, in der Kontur 14 engere Radien zu schneiden als die Geometrie des Werkzeugs 12 ohne Verwendung des NacMaufwinkels zulässt.

Fig. 4 zeigt eine mit geometrischen Hilfslinien und Punkten versehene Darstellung des Werkzeugs 12. Das Werkzeug 12 besitzt einen Radius r und wird in Vorschubrichtung bewegt und rotiert um seinen Mittelpunkt M. Vorschubrichtung und Drehsinn können je nach Ausbildung des verwendeten Werkzeugs gleichphasig oder gegenphasig arbeiten.

In der in Fig. 4 dargestellten Momentaufnahme liegen die Berührpunkte des Werkzeugs mit der dem Mittelpunkt M des Werkzeugs 12 zugewandten Seite des Werkstücks 10 bei A, B. Das Werkzeug ist hierzu bis zu einer Höhe hu in das Werkstück eingetaucht. Die Strecke von der Werkstückachse bis zu der der Werkzeugachse abgewandten Seite des Werkstücks ist mit h ₂ gekennzeichnet. Auf der dem Mittelpunkt M des Werkzeugs 12 abgewandten Seite des Werkstücks 10 treten korrespondierend zu den Punkten A, B die Punkte A' und B' auf. Das Werkstück besitzt in dem dargestellten Beispiel eine Dicke von t. M' stellt die Projektion des Werlczeugmittelpunktes auf die Werkstückoberfläche dar, die dem Werkzeugmittelpunkt zugewandt ist. F beschreibt die halbe Strecke zwischen den Punkten A und B. Mit Hilfe des bekanntenWerkzeugradius r und der eingestellten Eintauchtiefe hi kann über die geometrische Beziehung F ² = r ² - hi ² die Länge F bestimmt werden.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A durch das Werkzeug. Bei einer gelmimmten Kontur ist zu erkennen, dass die Punkte A, B auf der Oberseite des Werkstücks 10 entlang einem Kreisbogen liegen, der den Radius Rs _pur besitzt. Aufgrund der Dicke t des Werkstücks liegen die entsprechenden Punkte A' und B' nicht auf der Konturlinie A, B, sondern weiter innerhalb. Dieser kleinere Radius ist mit R' gezeichnet. Der Spurfehler s und die so entstehende Neigung der Schnittfläche wird mit Hinblick auf Fig. 12 näher erläutert.

Wichtig an Fig. 5 ist, dass ein minimaler Konturradius RKmm vorgesehen ist, der durch die Punkte A, B und den Tangentenpunkt T der oberen Schnittkante mit der Flachseite des Werkzeugs 12 definiert ist. Für ß = 0 kann der minimale Konturradius RKminCß ⁼ 0) anhand des Verhältnisses aus F und w über die geometrische Beziehung

2 2 2

Kmin ⁼ (Ri min - w) + F bestimmt werden. Der zugehörige Kreisbogen 20 ist in Fig. 5 punktiert dargestellt. Wie in Fig. 5 zu erkennen, liegen der Momentanpol MR der Kontur 14 sowie der Mittelpunkt des minimalen Konturradius RKmin auf der auf die Werkstückoberfläche projizierten Rotationsachse RA, so dass in Fig. 5 der Nachlaufwinkel gleich 0 ist. Ferner ist zu erkennen, dass der minimale Konturradius Kmin deutlich kleiner als Radius Rs _pur ist, so dass ohne besondere Maßnahmen die Kontur 14 geschnitten werden kann. Durch eine Neigung der Scheibe um die Achse durch die Punkte A und B mit dem Spurkorrekturwinkel , verschiebt sich der Punkt A' um dem Spurfehler s auf einen größeren Radius, der im dargestellten Fall dem Radius der Punkte A und B entspricht. Der vorschobene Punkt ist mit gekennzeichnet.

Fig. 6 zeigt für einen Nachlaufwinkel ß = 0 eine Schnittlinie D-D durch das Werkzeug 12, die auf der Oberseite des Werkstücks 10 liegt.

Fig. 7.1 zeigt den Schnitt entlang der Linie D-D, bei dem im Gegensatz zu der Schnittansicht in Fig. 5 der Schnitt in einer Ebene durch die Punkte A, B liegt und orthogonal zur Werkzeugebene WM ist. In Fig. 7.1 ist wieder der minimale Konturradius RKmin eingezeichnet, der durch die Punkte A, B sowie den Tangentenpunkt T aufgespannt ist. Der Spurradius 22 ist größer als der minimale Konturradius R-Kmin 21, so dass die Schnittfläche nicht an dem Werkzeug 12 schleift.

Wie in Fig. 7.1 zu erkennen, besitzt das Werkzeug 12 zwei einander gegenüberliegende Flachseiten 24, 26 und eine Umfangsfläche 28. Die Umfangsfläche besitzt eine Breite, die sich von Punkt A bis C erstreckt. Die Flachseiten 24 und 26 besitzen eine geringere Breite, die sich aus dem Abstand der Flachseite 24 von einer Werkzeugebene WM und dem Abstand der Flachseite 26 von der Werkzeugebene WM ergibt. Die Flachseiten enthalten Übergangsbereiche 30, die die Umfangsfläche 28 mit den Flachseiten 24 und 26 verbinden. Die Übergangsbereiche 30 sind in dem Ausfuhrungsbeispiel der Fign. 7.1— 7.2, 9.1— 9.3 11.1 - 11.3 als eine gerade Verbindung dargestellt. Wie in Fig. 14 zu erkennen, können auch geschwungene Übergangsbereiche vorgesehen sein. Wie bereits in Fig. 3 zu erkennen, ist die Schneidfläche auf dem Werkzeug nicht nur entlang dem Umfangsbereich 28 angeordnet, sondern erstreckt sich auch mindestens teilweise in einen Übergangsbereich von einer Flachseite. In dem Ausfuhrungsbeispiel aus Fign. 7.1 - 7.2, 9.1 - 9.3, 11.1 - 11.3 sind die Umfangsfläche 28 und zumindest ein Übergangsbereich 30 der Flachseiten 24 und 26 schneidfähig.

Fig. 7.2 zeigt nochmals den Schnitt entlang der Linie D-D. In diesem Fall durch ein Werkzeug, das asymmetrisch gestaltet ist.

Fig. 8 zeigt das Werkzeug 12 mit einem positiven Nachlaufwinkel ß. Bezogen auf die Vorschubrichtung des Werkzeuges 12, mit der eine Bewegung von Punkt B in Richtung Punkt A erfolgt, bedeutet dies, dass die in Vorschubrichtung hintere Umfangsfläche 28 von der konvexen Werkstückkontur weggedreht ist und dadurch sichtbar wird. Fig. 9.1 zeigt einen Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 8. Bei dem schneidenden Werkzeug wird ein Teil der Nut durch die Umfangsfläche 28 zwischen den Punkten A und C geschnitten. Der weitere Teil wird durch die Schneidfläche zwischen den Punkten D und D* erzeugt. Wie in Fig. 9.1 zu erkennen, schneidet der Bereich 30 (der außen liegenden Flachseite des Werkzeugs) den Bereich 32 in das Werkstück. Wichtig bei Fig. 9.1 ist, dass die Schnittfläche der Kontur durch den Grenzbereich an Punkt A und Punkt D geschnitten wird.

Das nachlaufende Schneiden im Bereich 32 entsteht geometrisch durch den Nachlaufwinkel ß, der durch die auf die Werkstückoberfläche projizierte Rotationsachse des Werkzeugs zu der Verbindungslinie vom Momentanpol MR der Kontur zu dem auf die Werkstückoberfläche projizierten Rotationszentrum des Werkzeugs, das als M' bezeichnet ist, definiert ist. Für diesen Fall ergibt sich ein minimaler Konturradius Ri min für ß > 0, der kleiner als der minimale Konturradius RKmin für ß = 0 ist. Er ist definiert durch ß, die Tangente an den Randbereich der Umfangsfläche an Punkt A und die Tangente an die Flachseite 24. Der minimale Konturradius RKmin(ß > 0) lässt sich für ß > 0 durch Kenntnis der Längen F, des axialen Überstands w und des NacUaufwinkels ß über die geometrische Beziehung RKmin ^{2 =} (RKmin - w) ² + (F - RKmin tan(|ß|)) ² betragsmäßig bestimmen. Des Weiteren muss das Werkzeug im Bereich der Flachseite und des Übergangsbereichs, auf den der Bereich 32 aufgrund der Werkzeugvorschubbewegung trifft, schneidfähig sein. Der Spurradius ist bei dem Ausfiihrungsbeispiel in Fig. 9.1 kleiner als der minimale Konturradius für den NacUaufwinkel von ß = 0. Durch Wahl eines von 0 verschiedenen Nachlaufwinkels können also Konturen mit einem kleineren Spurradius Rs _pur gefahren werden.

Fig. 9.2 zeigt nochmals den Schnitt entlang der Linie E-E. In diesem Fall durch ein Werkzeug, das asymmetrisch gestaltet ist. Die konvexe Schnittfläche wird durch den Randbereich der Umfangsfläche an Punkt A geschnitten. Zusätzlich schneidet der Bereich D bis D*. Der axiale Überstand, der der konvexen Werkstückkontur zugewandt ist, ist in Fig. 9.2 null. Der minimale Konturradius ist in diesem Fall durch die Schneidfähigkeit auf der der konvexen Kontur abgewandten Flachseite zu bestimmen und muss sich für den dargestellten fall mindestens über den Bereich von D zu D* erstrecken.

Fig. 9.3 zeigt nochmals den Schnitt entlang der Linie E-E aus Fig. 8, in diesem Fall durch ein Werkzeug, das asymmetrisch gestaltet ist und wobei die zur konvexen Konturkante gerichtete Werkzeugseite einen axialen Überstand größer null besitzt. Der minimale Konturradius für ß > 0 ist über die Länge F, den axialen Überstand w und den Nachlaufwinkel ß über die geometrische Beziehung R-Kmin ² - (Riimin - w) ² + (F - RKmin tan(|ß[)) ² sowie die Schneidfähigkeit auf der der konvexen Kontur abgewandten Werkzeugseite bestimmt. In dem dargestellten Fall muss das Werkzeug zwischen A und C sowie zwischen D und D* schneidfähig sein.

Neben dem Fall eines positiven Nachlaufwinkels ist auch der Fall eines negativen Nachlaufwinkels möglich. Wie in Fig. 10 dargstellt, ergibt sich dann eine Draufsicht auf die Umfangsfläche 28 in dem Bereich des Werkzeugs 12, die in Vorschubrichtung von B nach A vorne liegt. Der in Vorschubrichtung vorne liegenden Teil der Umfangsfläche 28 ist von der konvexen Kontur weggedreht.

Fig. 11.1 zeigt die Schnittansicht entlang der Linie F-F aus Fig. 10. Deutlich zu erkennen ist, dass einerseits die Nut entlang der Umfangsfläche 28 zwischen den Punkten A und C geschnitten wird und andererseits auf der innenliegenden Flachseite mit der Schneidfläche 30 zwischen den Punkten B* und B. Wichtig bei Fig. 11.1 ist, dass die Schnittflächen der Kontur durch die Randbereiche der Umfangsfläche an Punkten B, C geschnitten werden und nur der Übergangsbereich EP2014/053807

- 19 - der Flachseiten schneidet. Der in Fig. 11.1 dargestellte Spurradius ist für diesen Fall größer als der miriimale Konturradius R-Kmin für ß < 0, der sich mit der Länge F, dem axialen Überstand w und dem Nachlaufwinkel ß über die geometrische Beziehung Rs min ^{2 =} (R-Kmin - w) ² + (F - Ri mm tan(|ß|)) ² bestimmen lässt. Zusätzlich muss das Werkzeug in den Bereichen, in denen das nicht vom Umfangsbereich 28 geschnittene Material 31 auf das Werkzeug trifft, schneidfahig sein. In dem dargestellten Fall muss das Werkzeug mindestens im Bereich B bis B* schneidfähig sein.

Fig. 11.2 zeigt ebenfalls den Schnitt entlang der Linie F-F, bei dem im Gegensatz zu Fig. 11.1 Teile der Flachseite 24 schneiden. Der Spurradius ist größer als der minimale Konturradius für eingestelltes ß < 0. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich die Schneidfläche in Höhe der Einstichtiefe bis zum projizierten Zentrum auf der Flachseite.

Fig. 11.3 zeigt nochmals den Schnitt entlang der Linie F-F. In diesem Fall durch ein Werkzeug, das asymmetrisch gestaltet ist. Die konvexe Schnittfläche wird durch den Randbereich der Umfangsfläche an Punkt B geschnitten. Zusätzlich schneidet der Bereich A bis C sowie Teile der Flachseite bis zum Punkt B*.

Neben der Möglichkeit mehrere Konturradien zu schneiden, besteht auch die Möglichkeit, die Geometrie der Schnittfläche zu beeinflussen. In Fig. 5 ist deutlich zu erkennen, dass die Punkte A und A' nicht den gleichen Abstand zum Momentanpol MR haben. Bei einer geradlinigen Bewegung des Werkzeugs tritt der durch die Werkstückdicke t und den Radius des Werkzeugs verursachte Unterschied nicht auf. Bei einer gekurvten Bewegung des Werkzeugs entsteht eine Kontur, bei der der Punkt A' um den Spurfehler s gegenüber der Spur versetzt ist. Dieser ist in Fig. 5 und in Fig. 12, die den Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 4 zeigt, zu erkennen. Die Korrektur des Spurfehlers s wird durch Einstellen des Spurkorrekturwinkels α bewirkt, wobei sich der Winkel a, wie in Fig. 12 gezeigt, im Wesentlichen aus dem Neigungswinkel des Werkzeugs 12 um die a- Achse ergibt. Die Neigung um den Winkel a bewirkt, dass der untere Punkt A' verschoben wird und der Korrekturwinkel γ einen gewünschten Wert erreicht. Je nach Ausgestaltung der Schneidfläche und ihrer Geometrie kann die Schnittfläche eine definierte Balligkeit besitzen.

Die Fign. 13 und 14 zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung für das erfmdungsgemäße Werkzeug. Das Werkzeug 12 ist als Trennscheibe ausgebildet, die zwei unterschiedlich vertiefte Flachseiten 24 und 25 und eine Umfangsfläche 28 besitzt. Die Umfangsfläche besitzt auf ihrer Außenseite eine Schneidfläche, die aus abrasiven Körnern besteht. Die Schneidfläche setzt sich über den Rand der Umfangsfläche 28 bis zu den Flachseiten 24 und 25 mit ihren Übergangsbereichen 30 und 33 fort. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Fign. 1 bis 13 ist hier der Übergang zwischen Umfangsfläche 28 und vertiefter Flachseite 24 abgerundet. Die Fign. 15 bis 18 zeigen den Schnittverlauf verschiedener Werkzeuge in der Ansicht des Schnittes D-D aus Fig. 6.

Fign. 15 und 16 zeigen Konturen, die durch ein herkömmliches Werkzeug ohne ringförmige konkave Übergangsbereiche geschnitten werden. In Fig. 15 wird durch einen Nachlaufwinkel ß > 0 dafür gesorgt, dass die konvexe Schnittkante in der gewünschten Form erzeugt werden kann. Hierbei schneidet der Randbereich an Punkt A die konvexe und der Randbereich an Punkt D die konkave Schnittkante. Im Gegensatz dazu wird in Fig. 16 die gewünschte konvexe Kontur durch einen Nachlaufwinkel ß < 0 erzeugt. In diesem Fall schneidet der Randbereich an Punkt B die konvexe und der Randbereich an Punkt C die konkave Schnittkante. In beiden Fällen kommt es zu einer Vergrößerung der Konturbreite und daher zu einem größeren Spanvolumen und größeren Schnittkräften.

In Fig. 17 wird die gleiche konvexe Schnittkante durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit ringförmiger Verjüngung bei ß = 0 geschnitten. Die konvexe Schnittfläche wird von dem Randbereich der Umfangsfläche an Punkten A und B und die konkave Schnittfläche von dem Randbereich an Punkten C und D geschnitten. Bei dieser Ausführung verringert sich die Konturbreite. Im Übergang aus der Kurve zur Geraden schneidet der Übergangsbereich an Punkt D an der nachlaufenden Seit die Kontur nach, da die auf die Vorschubrichtung bezogene Spurbreite der Scheibe zwischen B und D größer ist, als die Spurbreite zwischen A und C an selber Konturposition.

Um eine konstante Konturbreite zu erzielen kann ein Nachlaufwinkel ß 0 eingestellt werden. In Fig. 18 ist der Schnittverlauf für Nachlaufwinkel ß > 0 abgebildet, der so gesteuert wird, dass die Konturbreite konstant ist. Hierbei schneidet der Randbereich an Punkt A die konvexe und der Randbereich an Punkt D die konkave Schnittkante.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass zur Herstellung von gelaümmten Konturen an schalenförmigen Strukturen, insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen ein biegesteifes Sägeblatt oder eine biegesteife, mit Abrasivkörnern versetzte Trennscheibe eingesetzt wird. Die Trennscheibe besteht aus einem steifen Grundkörper, dessen Breite, ausgehend von einer Umfangsfläche zum Zentrum hin mindestens einseitig in einem ringförmigen Bereich abnimmt. Die Trennscheibe kann, wie in den Fign. 7.2. 9.2, 9.3, 11.3, 13 und 14 dargestellt, asymmetrisch mit einer vertieften Flachseite auf einer Seite oder beiden Seiten des Werkzeugs oder symmetrisch mit vertieften Flachseiten auf beiden Seiten der Trennscheibe vorgesehen sein. Die Trennscheibe ist mit einer schneidfähigen Innenseite ausgestattet, die ein Über- oder Unterdrehen der Trennscheibe im Schneidspalt um den Nachlaufwinkel ß erlaubt. Hierdurch kann gezielt die Kantenqualität beeinflusst werden und der minimal zu bearbeitende Konturradius weiter reduziert werden.