„Fräswerkzeug, insbesondere einer Handfräsmaschine zum Fräsen von Fasen"

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug, insbesondere einer Handfräsmaschine zum Fräsen von Fasen, mit einer in einem Gehäuse gelagerten Spindel, die einen mit Schneidplatten besetzten Fräskopf trägt, insbesondere ferner mit einem an dem Werkstück anzulegenden Führungsanschlag sowie ggf. einem zu diesem senkrechten weiteren an dem Werkstück anzulegenden Führungsanschlag. Ein solches Fräswerkzeug ist z.B. aus der WO 2005/095038 A2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit des vorstehenden Fräswerkzeuges zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erfüllt, dass im Antriebsstrang des Fräskopfes eine das Drehmoment übertragende federnde Kupplung angeordnet ist. In einer Variante der Erfindung ist das Fräswerkzeug mit einem federnd arbeitenden Antriebsmotor versehen, z.B. einem Pneumatikmotor, oder mit einem Antrieb, der eine die Antriebskraft federnde Steuerung aufweist.

Die von dem Werkstück dem Fräskopf entgegengesetzte Kraft ist mehr oder weniger großen Schwankungen unterworfen, die aus Schwankungen der Vorschubgeschwindigkeit oder der Werkstoffeigenschaften, aus Erschütterungen u.a.m. folgen. Vor allem beim manuellen Ansetzen des Fräskopfes an das Werkstück entstehen große und ungleichmäßige Kräfte. Während des weiteren Verlaufs der Fräsarbeit kommt es naturgemäß besonders bei Handfräsmaschinen zu unterschiedlicher Kraftausübung. Die nach der Erfindung vorgesehene federnde Kupplung federt die Kraftspitzen ab. Kraftanstiege werden durch die Anspannung

des elastischen Elements vermindert; die dabei in der Feder gespeicherte Energie wird anschließend, den Kraftverlauf ausgleichend, wieder in den Fräsvorgang eingebracht.

Je nach Schnittverhältnissen, zu bearbeitenden Materialien usw. können dabei Federwege von wenigen Minuten bis zu z.B. 360° auftreten.

Da nach der Erfindung die störenden Kraftspitzen weggenommen werden, kann im Ganzen eine größere Kraft ausgeübt und somit die Schnittgeschwindigkeit, d.h. die Abtragsleistung, erhöht werden. Zugleich schont die Glättung des Kraftverlaufs die Schneidplatten, an deren Schneidkanten durch Stöße mehr oder weniger große Ausbrechungen erzeugt werden. Die Standzeiten der Schneidplatten, bezogen auf die Arbeitsleistung, erhöhen sich. Die größere Laufruhe kommt darüber hinaus dem gesamten Fräswerkzeug zugute. Auch dessen Lebensdauer steigt.

An dem Werkstück wirkt sich die Laufruhe durch eine höhere Qualität der gefrästen Oberfläche aus.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in der Kombi- nation der gefederten Antriebskraft mit einem Besatz des Fräskopfes mit scharfkantigen Schneidplatten, die einen Keilwinkel von 40° bis 75° aufweisen und vorzugsweise auf dem Fräskopf eine Stellung haben, bei der sie mit einem positiven Spanwinkel von mindestens 6° und einem Freiwinkel von mindestens 6° arbeiten.

Mit den schlanken, scharfen und aggressiv schneidenden Schneidplatten können hohe Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden, da das Material ihnen einen geringeren Widerstand entgegenstellt. Ihre Schneidkanten sind jedoch sehr empfindlich gegen Schläge.

Dies wie vorstehend ausgebildeten und angeordneten Schneidplatten können durch die erfindungsgemäße Vergleichmäßigung der Schnittkraft also in einem wesentlich erhöhten Maße ausgenutzt werden. Es kommt ein Kombinationseffekt zustande.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Spindel aus gegeneinander verdrehbaren Spindelteilen, und die Spindelteile sind durch die Kupplung verbunden. Vorzugsweise sind sie durch eine Steckverbindung, in der sie gegeneinander drehbar sind, biegefest zusammengesetzt.

Man erhält dann eine annähernd ebenso steife Spindel wie ohne Unterteilung; nötigenfalls kann man die Spindel zusätzlich zu nahe ihren Enden angeordneten Drehlagern mit einem weiteren Drehlager im Bereich der Steckverbindung versehen. Ohne ein solches weiteres Drehlager lässt sich jedoch das gesamte Fräswerkzeug, wie an sich erwünscht, kürzer halten.

Andererseits ist es aber auch möglich, mindestens das den Fräskopf tragende Spindelteil nahe seinen beiden Enden im Gehäuse vollständig zu lagern und ggf. das andere Spindelteil gleichermaßen zu lagern und die Spindelteile ohne Steckverbindung nur durch die das Drehmoment übertragende elastische Kupplung zu verbinden.

Bei dieser Konstruktion werden im Gegensatz zu einer durchgehenden Spindel keine Schwingungen übertragen, und zwar weder vom Motor her auf die Schneidplatten noch von diesen her auf den die Fräsmaschine haltenden Benutzer.

Vorzugsweise sind die Spindelteile in der Steckverbindung über eine Lagerbuchse verbunden, die die Gleitfähigkeit für die Verdrehung der Spindelteile gegeneinander wie auch für ein axiales Gleiten infolge Wärmeausdehnung der beiden Spindelteile erhöht.

Die Möglichkeit des axialen Gleitens bietet darüber hinaus noch weitere Vorteile. So kann z.B. eine innen liegende axiale Fräserzustellung mit einer durch die Spindel geführten und in ihr gelagerten Verstellstange oder auch druckgesteuert pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Dafür muss die federnde Kupplung je- doch die axiale Verschiebung erlauben.

Demgemäß ist in einer Weiterbildung der Erfindung die axiale Position des Fräskopfes im Verhältnis zum dann fest am Gehäuse sitzenden Führungsanschlag, gegebenenfalls zum Antriebsstrang bzw. zu Teilen des Antriebsstranges, durch eine zumindest teilweise im Gehäuse angeordnete Vorrichtung veränderbar, vorzugsweise eine mit dem Fräskopf axial starr verbundene Verstellstange oder einen im Antriebsstrang gebildeten Pneumatik- oder Hydraulikzylinder.

Die elastische Kupplung besteht nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng aus einer mit ihren Enden an je einem Spindelteil befestigten Schraubenfeder.

Hier kommen jedoch auch verschiedenste andere Gestaltungen einschließlich eines Gummikörpers o. dgl. in Betracht.

Vorzugsweise sind die Federenden jeweils in einer Fassung eingeklemmt und/oder eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt, die in einer auf das Spindelteil aufgeschraubten Mutter ausgebildet ist.

Die Fassung nimmt beispielsweise ein bis zwei Federwindungen auf.

Schließlich besteht eine Variante der Erfindung in einem Fräswerkzeug einer Hand- fräsmaschine zum Fräsen von Fasen mit einer in einem Gehäuse gelagerten Spindel, die einen mit Schneidplatten besetzten Fräskopf trägt, insbesondere ferner mit einem an dem Werkstück anzulegenden Führungsanschlag sowie ggf. einem zu diesem senkrechten weiteren an dem Werkstück anzulegenden Führungsanschlag, wobei in dem Antriebsstrang eine biegsame Welle angeordnet ist. Vorzugsweise verbindet die biegsame Welle den Antriebsmotor mit der Getriebeeinheit des Fräswerkzeuges.

Der Antrieb von Werkzeugen über eine biegsame Welle von z.B. bis zu drei Metern Länge ist an sich bekannt, jedoch ohne, dass ein mit Torsionselastizität verbunde- ner Vorteil dabei erkannt wurde. Die insoweit hier vorliegende Erfindung besteht darin, die Torsionsfedereigenschaften einer biegsamen Welle für eine Handfräsmaschine zum Fräsen von Fasen zu nutzen, für die die federnde Antriebskraft in besonders hohem Maße vorteilhaft ist.

Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Fräswerkzeuges im Schnitt,

Fig. 2 zeigt die gleiche isometrische Darstellung eines Fräswerkzeuges im Schnitt mit weiteren Bezugszeichen, und Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Fräswerkzeuges.

In Fig. 1 ist ein Fräswerkzeug 1 mit zwei Spindelteilen 2 und 3 dargestellt. Das Spindelteil 2 ist mit zwei Lagern 4 und 5, das Spindelteil 3 mit einem Lager 6 im Gehäuse 8 und mit einem Lager 7 in einem anderen nicht gezeigten Teil einer Fräsmaschine gelagert.

In axialer Richtung sind die Lager 4 und 5 auf der Spindelseite lose und auf der Gehäuseseite fest gelagert. Als einseitige axiale Abstützung des Spindelteils 2 ist am Lager 4 eine Ringscheibe 21 angeordnet. Das Lager 4 ist mit einem Segerring 22 am Gehäuse 8 gehalten, wobei zwischen den Lagern 4 und 5 auf der Gehäuse- seite ein weiterer Ring 23 als Abstandhalter angeordnet ist und auf der anderen Seite das Lager 5 auf der Gehäuseseite an einer Schulter des Gehäuses 8 anliegt.

Das Lager 6 ist auf der Seite des Spindelteils 3 zwischen einer Schulter des Spindelteils 3 und einem Antriebstellerrad 24, das über ein Gewinde 31 mit dem Spindelteil 3 verbunden ist, und auf Seite des Gehäuses 8 zwischen einem Innenbund des Gehäuses 8 und einem Segerring 25 axial fest gelagert.

Die beiden Spindelteile 2 und 3 sind über Lagerbuchsen 9 und 10 gegeneinander verdrehbar und biegefest gelagert. Das Spindelteil 3 ist dafür in das Spindelteil 2 eingesteckt. Zwischen den beiden Lagerbuchsen 9 und 10 ist ein Dichtring 11 angeordnet. Alternativ kann eine einteilige Lagerbuchse mit Nuten für Dichtringe auf beiden Seiten eingesetzt werden.

Das Fräswerkzeug 1 kann auch ohne das Lager 5 gebaut werden. Die durch die Steckverbindung der Spindelteile 2,3 zusammengesetzte Spindel ist dann in den Lagern 4 gelagert.

In einer weiteren Alternative kann auf die Steckverbindung zwischen den beiden Spindelteilen verzichtet werden. Die Lagerung von Spindelteil 2 erfolgt dann über die Lager 4 und 5. Die Lager 6 und 7 halten die Rotationsstabilität des Spindelteils 3.

An den Spindelteilen 2 und 3 ist je eine Schraubenmutter 12 befestigt. Die Schraubenmuttern 12 sind zwischen den Lagern 5 und 6 angeordnet. Sie weisen eine Fas- sung auf, in die die Enden einer Schraubenfeder 13 eingeklemmt sind. Die Schraubenfeder 13 bildet eine das Drehmoment übertragende Kupplung zwischen den beiden Spindelteilen 2 und 3. Im Gehäuse 8 sind Distanzscheiben für die Schraubenmuttern 12 vorgesehen, durch die die Vorspannkraft der Feder 13 bei der Montage voreingestellt werden kann. Auch eine Rutschkupplung oder eine elektronische Drehmomentbegrenzung ist hier als Sicherheitsabschaltung bei zu hohem Drehmoment oder bei überlastung integrierbar.

Auf der der Steckverbindung zwischen den Spindelteilen 2 und 3 αbgewαndten Seite des Spindelteils 2 ist ein mit Schneidplαtten 15 bestückter Fräskopf 14 befestigt. Der Fräskopf 14 ist mittels einer Passschraube 16, die in ein Gewinde 17 in dem Spindelteil 2 greift, an diesem festgeschraubt. Außerdem sind zwischen dem Spindelteil 2 und dem Fräskopf 14 Mitnahmezapfen 47 eingesetzt. Auch diese der Mitnahme des Fräskopfes 14 dienenden Mitnahmezapfen 47 können als Scherstifte, die oberhalb einer bestimmten Belastung brechen, ausgelegt sein. Sie bilden somit einen überlastungsschutz.

An dieser ersten Verbindungsstelle des Antriebsstranges des Fräskopfes könnte bei entsprechender Veränderung der Konstruktion die elastische Kupplung ebenfalls angeordnet sein.

Zur optionalen Kühlung sind in den Spindelteilen 2,3, dem Fräskopf 12 und der Passschraube 16 Hohlräume 26,27,28 vorgesehen, in denen eine Flüssigkeit bis zu den Schneidplatten 15 geführt wird. Die Kühlflüssigkeit wird über eine Zuführung 29, die drehbar in dem Spindelteil 3 sitzt, eingespeist. Im Fräskopf 14 sind Kanäle 18 vom Hohlraum 28 zu den Wendeplatten 15 vorgesehen.

Zwischen dem Spindelteil 3 und der Zuführung 29 sind Dichtringe 30 angeordnet. Ein weiterer Dichtring 19 ist in einer Nut in der Passschraube 16 zwischen der Passschraube 16 und dem Spindelteil 2, zwei weitere Dichtringen 20 sind zum Abdichten um die Kanäle 18 herum in Nuten im Fräskopf 14 zwischen der Passschraube 16 und dem Fräskopf 14 eingesetzt.

Im folgenden wird Bezug auf Fig.2 genommen. Zur axialen Führung des Fräswerk- zeυges 1 an dem Werkstück ist eine Führungsscheibe 33 vorgesehen. Sie ist mit Schrauben 40 an einer Verstellglocke 32 befestigt, die unten näher beschrieben ist. Zur radialen Führung ist eine Führungsrolle 41 über ein Lager 42 und eine Buchse 43 mit der Passschraube 16 und dem Fräskopf 14 verbunden. Die Buchse 43 stellt den Abstand zwischen dem Fräskopf 14 und der Führungsrolle 41 ein.

Die Verstellglocke 32 mit der Führungsscheibe 33 ist auf dem Gehäuse 15 über ein Gewinde 34 drehbar gelagert. Die Position der Verstellglocke 32 lässt sich über das Gewinde 34 durch Verschrauben axial gegen das Gehäuse 8 verschieben. In Fig.3 ist eine auf der Oberfläche des Gehäuses 8 angebrachte Skala 44 dargestellt, an der die Stellung der Führungsscheibe 33 im Verhältnis zum Gehäuse 8 und damit zum Fräskopf 14 abgelesen werden kann.

In der Verstellglocke 32 sind vier Mitnαhmestifte 35 angeordnet, die in eine mit Gleitringen 36 versehene Nut im Gehäuse 8 ragen. Außerdem sind im Gehäuse 8 vier Passfedern 37 zur Sicherung gegen Verdrehung und als Verschiebeführung eingesetzt. Mit Schrauben 38 kann die Position zwischen dem Gehäuse 8 und der Verstellglocke 32 arretiert werden. Wie in Fig. 3 zu sehen, ist außen am Gehäuse zur einfacheren Arretierung eine Handschraube 45 vorgesehen.

Als Schutz gegen Verschmutzung von außen ist das Gewinde 34 und die Führung der Verstellglocke 32 mit einer Dichtung 39 versehen, die mit dem Gehäuse 8 abschließt.

Zusätzlich ist, wie in Fig.3 gezeigt, neben der Führungsscheibe 33 an der Verstellglocke 32 eine Anschlussvorrichtung 46 für Luftdruckleitungen zu einer Luftdüse vorgesehen, durch die mit der Luft Schmiermittel auf die Schneidplatten 15 geblasen wird. Durch die Luft werden die Schneidplatten 15 zusätzlich gekühlt. Außerdem wird durch die Schmierung die Reibung zwischen dem Werkstück und den Schneidplatten 15 verringert. Diese erwärmen sich beim Zerspanen dementsprechend wenigerstark.

In einer Alternative ist die Führungsscheibe 33 direkt fest mit dem Gehäuse 8 ver- bunden und zur Positionierung wird die Verstellglocke 32 durch eine in der Spindel 2,3 geführte Verstellstange ersetzt. Die Verstellstange wird durch den Hohlraum 26 im Spindelteil 3 geführt. Sie ist im Hohlraum 27 des Spindelteils 2 drehbar gelagert. Mit dieser Verstellstange kann die Position des Fräskopfes im Verhältnis zur Führungsscheibe 33 verändert werden, da die lose Lagerung des Spindelteils 2 eine Verschiebung in axiale Richtung erlaubt. Das Spindelteil 2 und der Fräskopf 14 können also mit Hilfe der Verstellstange gegen die durch die Feder 13 wirkende Rückstellkraft im Verhältnis zur Führungsscheibe 33 verschoben werden. Das Spindelteil 2 verschiebt sich dabei im Innenring des Lagers 4. Bei dieser Alternative ist das Fräswerkzeug 1 ohne das Lager 5 gebaut.

In einer weiteren Alternative wird die axiale Position des Fräskopfes 14 hydraulisch oder pneumatisch reguliert. Die Hohlräume 26,27 werden genutzt, um das Druckmedium aufzunehmen, das durch eine Zuführung 29 eingegeben wird. Analog zum oben beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiel kann das Spindelteil 2 mit dem Fräskopf 14 durch Anlegen des Mediendrucks gegen die Rückstellkraft der Feder 13 in axialer Richtung verschoben werden. Bei Verringerung des Drucks wird das Spindelteil 2 zusammen mit dem Fräskopf 14 durch die Schraubenfeder

13 wieder zurückgezogen. Auf die Innenkühlung wird in dieser Alternative verzichtet. Die Passschraube 16 weist dann keine Innenbohrung 28 auf, so dass der das Druckmedium beinhaltende Raum nach außen hin abgeschlossen ist. Die Kühlung erfolgt dann über die Luftdüse 46.

Vor dem Beginn des Fräsens mit dem Fräswerkzeug 1 wird mit der Verstellglocke 32 anhand der Skala 44 das gewünschte Fasenmaß eingestellt und die Position mittels der Handschraube 54 arretiert. Zur Einstellung wird die Führungsscheibe 33 zusammen mit der Verstellglocke 32 gegenüber dem Gehäuse 8 und dem Fräs- köpf 14 durch Verschraubung auf dem Gewinde 34 verschoben. Das Maß kann dann auf der Skala 44 abgelesen werden. Die Verstellglocke 32 wird mit der Feststellschraube 45 am Gehäuse 8 arretiert, sobald die gewünschte Position erreicht ist. Das Gerät ist dann betriebsbereit.

Zum Bearbeiten einer Kante eines Werkstücks mit dem Fräswerkzeug 1 wird zunächst die Führungsscheibe 33 an einer Kante auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes aufgelegt.

Der Fräskopf 14 wird mit einem in der Fräsmaschine, an der das Fräswerkzeug 1 sitzt, angeordneten Motor mit einem Kegelrad über das Antriebstellerrad 24 ange- trieben und läuft, je nach Fräskopfdurchmesser und gewünschter Schnittgeschwindigkeit, mit einer Umdrehungszahl von 2000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute. Es wird dabei mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten von 200 - 1500 m/min gearbeitet. über das Antriebstellerrad 24 wird das Spindelteil 3 gedreht, das über die Feder 13 mit dem Spindelteil 2 und dem Fräskopf 14 mit den Schneid- platten 15 gekoppelt ist.

Der rotierende Fräskopf 14 wird an die Kante herangeschoben und die Schneidplatten 15 greifen in das Material ein. Das Fräswerkzeug 1 wird beim weiteren Spanen so weit an das Werkstück geschoben, bis die Führungsrolle 41 an der Seite der Kante anliegt. Die mit der Skala 44 an der Verstellglocke 32 eingestellte Fasentiefe ist dann erreicht. Danach wird die Kante der Länge nach bearbeitet. Bei handgeführten Maschinen wird das Gegenlaυffräsverfahren angewendet, bei mechanisch unterstützt geführten kann das Gegen- oder das Gleichlaufverfahren angewendet werden.

Die zwischen den Spindelteilen 2 und 3 als Drehmomentkupplung eingesetzte Feder 13 gibt bei großen Belastungen an den Schneidplatten 15 und dem Fräskopf 14 nach und dämpft somit die Belastung. Sobald die Belastungen am Fräs-

köpf 14 während des Spanprozesses wieder abnehmen, stellt sich die Feder 13 aus der verbogenen Stellung wieder etwas zurück. Sie kann also dynamisch größere Belastungen abdämpfen.

Die Federkonstante der Feder 13 ist so gewählt, dass gerade die hohen Belastungen abgedämpft werden, die Feder 13 aber steif genug ist, um die Rotationskräfte zu übertragen.

Wenn die Schneidplatten 15 mit einem Kühl- oder Schmiermedium gekühlt und geschmiert werden, wird das Medium über die Zuführung 29 in das Fräswerkzeug 1 eingegeben. Die Kühlflüssigkeit wird dann durch den Hohlraum 26 im Spindelteil 3 über den Hohlraum 27 im Spindelteil 2 und durch den Hohlraum 28 in der Passschraube 16 und die Kanäle 18 im Fräskopf zu den Schneidplatten 15 geführt. Das Medium läuft über die Schneidplatten 15 nach außen ab und kühlt und schmiert sie. Die Spindelteile 2 und 3 und der Fräskopf 14 werden zusätzlich von innen gekühlt.