Beschreibung

Messerkopf

Die Erfindung betrifft einen Messerkopf mit einem scheibenförmigen Messerträger, der eine Mehrzahl an Messeraufnahmen umfasst, sowie mit einer Mehrzahl von einen Messerschaft aufweisenden Stabmessern, die mit ihrem Messerschaft in die Messeraufnahmen eingeführt sind und deren Messerschäfte im Querschnitt gesehen eine kreissegmentförmige Fläche aufweisen.

Ein Messerkopf dieser Art, der zum Verzahnen von Spiralkegelrädern ausgebildet ist, ist aus der DE 101 12 165 B4 zu entnehmen. Der hierin beschriebene Messerträger weist Messeraufnahmen auf, deren Querschnittsgeometrie sich aus einem Halbkreis und einem Prisma zusammensetzt. Die halbkreisförmige Querschnittsgeometrie dient zur Aufnahme eines Stabmessers. In die prismatische Querschnittsgeometrie ist ein Klemmkeil eingefügt, mit dessen Hilfe das Stabmesser befestigt ist. Zur Befestigung des Klemmkeils sind weiterhin Spannschrauben vorgesehen.

Aus der EP 0 813 927 A2 geht ein Messerkopf hervor, der mit zylindrischen Messerauf- nahmen versehen ist, die zur Aufnahme im Wesentlichen runder Messerschäfte dienen. Zur Befestigung dieser runden Messerschäfte sind im Messerkopf Bohrungen etwa in radialer Richtung vorgesehen, die die Messeraufnahmen etwa im Bereich ihrer Tangente kreuzen. In diese Bohrungen sind ziehende oder stoßende Keile eingebracht.

In der US 6,632,050 B2 ist eine weitere Form eines Messerkopfs angegeben, bei der zweiseitig abgeflachte Stabmesser verwendet sind. Diese werden in kreisrunden Messeraufnahmen durch Klemmkeile gesichert, die von der Vorderseite des Messerkopfs schräg zur Axialrichtung eingeführt sind.

Ein allgemeines Problem beim zitierten Stand der Technik ist, dass bei allen Ausgestaltungen zusätzliche Klemmkeile verwendet werden, was einen sehr hohen Konstruktionsaufwand erfordert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde einen Messerkopf der eingangs genannten Art anzugeben, der eine besonders einfache Konstruktion aufweist und zudem einen sicheren Sitz der Stabmesser in den Messeraufnahmen gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Messerkopf mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst. Danach bilden die Messeraufnahmen komplementär zu den Messerschäften im Querschnitt gesehen eine kreissegmentförmige Fläche, so dass die Stabmesser mit ihren Messerschäften jeweils passgenau in den Messeraufnahmen einliegen.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Herstellung der Stabmesser bzw. deren Befestigung in den Messeraufnahmen auf einer besonders einfachen und effizienten Weise auszuführen. Zur Herstellung eines Stabmessers ist lediglich ein Hartmetall-Rundstab notwendig, dessen kreisrunde Querschnittsfläche durch einen einfachen Bearbeitungsvorgang, wie beispielsweise Schleifen, abgeflacht wird, so dass der Messerschaft des Stabmessers eine flache Außenseite aufweist. Auch die komplementäre Ausgestaltung der Aufnahmen ist herstellungstechnisch sehr einfach zu verwirklichen. Durch die passgenaue formschlüssige Einpassung der Stabmesser in den Aufnahmen ist ein verdreh- sicherer Sitz der Stabmesser in einer definierten und exakten Position erreicht. Ein besonderer Vorteil der Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass auf weitere Einstellelemente, wie beispielsweise Keile oder dergleichen, zur Ausrichtung in einer definierten Winkelstellung der Stabmesser nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen sind. Die für eine hochgenaue Werkstückbearbeitung erforderliche präzise Ausrichtung in der defi- nierten Winkelstellung wird ausschließlich durch die hochpräzise Ausgestaltung und Ausrichtung der jeweiligen Messeraufnahme erreicht. Die Stabmesser brauchen jeweils nur noch in die Messeraufnahmen eingefügt zu werden, ohne dass weitere Einstellvorgänge erforderlich sind. Lediglich die axiale Position der Stabmesser muss eingestellt werden. Die kreissegmentartige Querschnittsfläche der Messeraufnahmen erlaubt ins- besondere bei einer Vielzahl von Stabmessem zudem eine günstige Gestaltung von Stegen oder Materialbrücken des Messerträgers, die zwischen zwei benachbarten Messeraufnahmen angeordnet sind.

Insgesamt lässt sich durch die überraschend einfache Ausgestaltung mit der formschlüssigen Anpassung des im Querschnitt kreissegmentartigen Schaftbereichs an die hochgenau ausgebildeten Messeraufnahmen ohne die Verwendung weiterer Einstellelemente ein Messerkopf ausbilden, der für eine hochgenaue Werkstückbearbeitung geeignet ist. Sowohl die Herstellung der Stabmesser und die des einfachen, scheibenförmigen, aus einem Stück gefertigten Messerträgers sowie die Montage der Stabmesser in den Messeraufnahmen ist sehr einfach und damit kostengünstig. Insbesondere ist auch ein sehr schneller und einfacher Austausch von verschlissenen Stabmessern ermöglicht.

Vorzugsweise überstreicht das Kreissegment des Messerquerschnitts einen Winkelbereich mit einem Mittelpunktswinkel, der > 180° ist. Der Mittelpunktswinkel ist der Winkel im Mittelpunkt eines Kreises, über den der Kreisbogen des Kreissegments bestimmt ist. Ein größerer Mittelpunktswinkel ergibt einen längeren Kreisbogen bzw. eine größere Querschnittsfläche im Messerschaft und ist daher aus Stabilitätsgründen bevorzugt. Das bedeutet, dass die Stabilität des Stabmessers noch relativ hoch bleibt. Zudem weist ein Winkelbereich mit einem großen Mittelpunktswinkel eine lange Umfangsseite auf, die für eine gute Anpassung in der Messeraufnahme sorgt und eine große Anlagefläche anbietet.

Bevorzugt liegt der Mittelpunktswinkel im Bereich zwischen 220° und 270°. Untersuchungen haben ergeben, dass derartige Stabmesser sich durch eine besonders hohe Stabilität bei gleichzeitig hoher Verdrehsicherheit auszeichnen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die Messeraufnahmen durch ein Erodierverfahren ausgebildet. Erodierverfahren bieten durch Materialabtragen mittels einer Folge elektrischer Ladungen eine sehr hohe Genauigkeit bei einer Formgebung. Die gewünschte Schnittform wird eingespeichert und die Maschine schneidet dann selbständig die vorgegebene Form. Somit können selbst komplizierte schräge oder kegel- förmige Schnitte und Bohrungen mit einer besonders hohen Präzision fertiggestellt werden, was für die passgenaue Anpassung und die Befestigung des Stabmessers in der Messeraufnahme von großer Bedeutung ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zur Befestigung eines jeweiligen Stabmessers zumindest eine Klemmschraube vorgesehen, die im Wesentlichen radial zur Scheibendrehachse in den Messerträger eingeschraubt ist. Der Messerschaft ist mittels der Klemmschraube geklemmt und gegen ein axiales Verrutschen gesichert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das jeweilige Stabmesser ausschließlich über die Klemmschraube kraftschlüssig in der Messeraufnahme befestigt. So wird mit einem einfachen herkömmlichen Mittel die sichere Befestigung des Stabmessers in der Messeraufnahme erzielt. Die Klemmschraube drückt direkt gegen den Messer- schaft und es wird auf jegliche Einstellelemente, wie z.B. Spannkeile, zwischen der Klemmschraube und dem Messerschaft verzichtet. Alternative zu der unmittelbaren Kraftübertragung ist eine mittelbare Kraftübertragung mit Hilfe eines Spann- oder Klemmelements mit oder ohne dämpfende Eigenschaften vorgesehen, das zwischen der Klemmschraube und dem Messerschaft ausgebildet ist und die von der Klemm- schraube ausgebildete Kraft umlenkungsfrei auf den Messerschaft überträgt.

Vorteilhafterweise weist das Stabmesser eine Spannseite auf, auf die die Klemmschraube einwirkt. Die Spannseite ist abgeflacht, so dass die Wirkung der Klemmschraube nicht punktförmig, sondern flächig erfolgt. Die Spannseite erstreckt sich außerdem über die Länge des Messerschafts, so dass bei unterschiedlichen Einstellungen der vertikalen Position des Stabmessers in der Messeraufnahme der flächige Kontakt zur Klemmschraube weiterhin garantiert ist.

Zweckdienlicherweise ist die Spannseite geneigt gegenüber der Längsachse des Stabmessers und schließt mit ihr einen Winkel ein, der < 5°, insbesondere etwa 1° beträgt. Mit der geneigten Ausgestaltung der Spannseite ist eine Keilwirkung erzielt. Bei der hohen axialen Belastung des Stabmesser im Einsatz besteht die Gefahr, dass es tiefer in die Messeraufnahme hineinrutscht. Um dies zu verhindern, vergrößert sich der Querschnitt des Messerstabs zu seiner Messerspitze hin. Hierdurch ist das Stabmesser in seiner axialen Position in der Messeraufnahme ergänzend zu der kraftschlüssigen Fixierung mit der Klemmschraube gesichert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Messeraufnahme an ihrer kreis- segmentförmigen Fläche eine Bogenabschnitt auf, dessen Radius geringfügig kleiner ist als der Radius der übrigen kreissegmentförmigen Fläche. Hierdurch bildet der Bogenabschnitt neben der abgeflachten Seite der Messeraufnahme eine zweite definierte Anlagefläche für den Messerschaft. über diese ist eine exakte radiale Positionierung oder Justage des Stabmessers im Messerträger gewährleistet.

Zweckdienlicherweise übersteigt hierbei der Bogenabschnitt einen Winkel zwischen 45° und 90° und insbesondere einen Winkel im Bereich von etwa 60°. Der Bogenabschnitt ist weiterhin vorzugsweise derart angeordnet, dass er nicht unmittelbar an die abgeflachte Seite der Messeraufnahme angrenzt, sondern dass zwischen dem Bogenabschnitt und der abgeflachten Seite ein weiterer Bogenabschnitt angeordnet ist, welcher den größeren Radius aufweist. Dieser weitere Bogenabschnitt übersteigt hierbei zweckdienlicherweise einen Winkel von etwa 5° bis 30°, insbesondere von etwa 15°. Durch diese Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Spannseite des Messerschafts, gegen die die Klemmschraube einwirkt, die abgeflachte Seite der Messeraufnahme sowie der Bogenabschnitt drei Anlage- bzw. Spannflächen bilden, die zwischen sich eine in etwa dreieckförmige Fläche einschließen. Die von der Klemmschraube ausgeübte Klemmkraft wird daher sowohl auf den Bogenabschnitt als auch auf die abgeflachte Seite insbesondere gleichmäßig übertragen, wodurch die definierte Ausrichtung des Stabmessers erreicht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei in schematischen Darstellungen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Messerkopf, bestehend aus einem

Messerträger und einer Mehrzahl an Stabmessern, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Messerträger gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 zwei Ausführungsformen der Befestigungsverbindung der Stabmesser mittels je zwei Klemmschrauben,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine kreissegmentförmige Messeraufnahme, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Stabmesser, eingeklemmt in einer Messeraufnahme.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Messerkopf 2 dargestellt, der aus einem scheibenförmigen und ein- stückigen Messerträger 4 und einer Mehrzahl an Stabmessern 6 besteht. Der Messerträger 4 ist um eine Scheibendrehachse A drehbar. Er weist eine Bearbeitungsseite 8 mit einer Mehrzahl an Messeraufnahmen 10 auf, in die Stabmesser 6 aufgenommen sind. Die Scheibendrehachse A läuft durch den Mittelpunkt M des Messerträgers 4. Die Messeraufnahmen 10 sind paarweise kreisförmig um den Mittelpunkt M des scheiben- förmigen Messerträgers 4 angeordnet. Die Messeraufnahmen 10 sind mittels eines Erodierverfahrens ausgebildet und weisen einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Der Messerträger 4 weist außerdem eine Umfangsseite 12 auf, auf der in zwei Reihen Befestigungsbohrungen 14 angebracht sind, die etwa radial zur Scheibendrehachse A verlaufen. Die untere Reihe ist dabei direkt unter der oberen angeordnet und somit werden Säulen 16 aus je zwei Befestigungsbohrungen 14 gebildet. Die Anzahl der Säulen 16 entspricht der Anzahl der Messeraufnahmen 10 bzw. Stabmessern 6. Die zwei Befestigungsbohrungen 14 jeder Säule 16 verlaufen in die gleiche Richtung.

Die Stabmesser 6 sind in die Messeraufnahmen 10 eingeführt. Lediglich die keilförmi- gen Messerspitzen 18 ragen über der Ebene der Bearbeitungsseite 8 heraus. Der Messerschaft 20 des jeweiligen Stabmessers 6 (siehe Fig. 3) ist im Querschnitt gesehen nach Art eines Kreissegments ausgebildet. Die Größe und Form des Messerstabs 20 und der Messeraufnahmen 10 sind derart aneinander angepasst, dass der Messerstab 20 passgenau in die Messeraufnahme 10 eingeführt ist und an den Wänden der Messeraufnahme 10 anliegt. Die einzelnen Stabmesser 6 sind hierbei identisch zueinander ausgebildet.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Bearbeitungsseite 8 des scheibenförmigen Messerträgers 4 gemäß Fig. 1 , bei der die Projektionen der Befestigungsbohrungen 14 darge- stellt sind. Kreisförmig um den Mittelpunkt M des Messerträgers ist eine Mehrzahl an Messeraufnahmen 10 mit je einem kreissegmentförmigen Querschnitt angeordnet. Alle Messeraufnahmen 10 weisen die gleiche Größe und Form aus, sind aber paarweise zueinander versetzt und verdreht, d.h. sie befinden sich auf unterschiedlichem Abstand

zum Mittelpunkt M und schließen mit der Radialrichtung des scheibenförmigen Messerträgers 4 unterschiedlichen Winkel ein. Von der Umfangsseite 12 zu jeder Messeraufnahme 10 erstrecken sich zwei Befestigungsbohrungen 14 im Wesentlichen radial, die in Form eines Kanals ausgebildet sind. Jede der Befestigungsbohrungen 14 dient zur Aufnahme einer Klemmschraube 22 (gemäß Fig. 3), die zur Befestigung des in die Messeraufnahme 10 eingeführten Stabmessers 6 vorgesehen ist.

In Fig. 3 sind zwei Paare von Klemmschrauben 22 dargestellt, die gegen den Messerschaft 20 von je einem Stabmesser 6 angepresst sind. Der Messerschaft 20 von jedem der Stabmesser 6 hat einen kreissegmentförmigen Querschnitt mit einem Mittelpunktwinkel von etwa 255°. Der Messerschaft 20 weist somit eine gerundete Seite 24 und eine abgeflachte Seite 26 auf. Die Messerspitze 18 weist die Form eines Keils auf. Die gerundete Seite 24 weist eine Spannseite 28 auf, die flach ausgestaltet ist und sich über die Länge des Messerschafts 20 erstreckt. Die Spannseite 28 ist geneigt gegen- über der Längsachse des Stabmessers 6 und schließt mit ihr einen Winkel φ=1° ein, so dass eine Keilwirkung erzielt ist und das Stabmesser 6 bei einer axialen Beanspruchung nicht tiefer in die Messeraufnahme 10 hineinrutschen kann. Durch diese Ausgestaltung verjüngt sich die Spannseite 28 in Richtung zur Messerspitze 18, so dass sie nach Art eines Dreiecks gebildet ist.

Auf der Spannseite 28 erfolgt der Kontakt zwischen jeweils ein Paar Klemmschrauben 22 und dem Stabmesser 6. Jede Klemmschraube 22 ist zweiteilig ausgebildet und weist üblicherweise ein Gewindeteil 30 und ein Bolzenteil 32 auf. Mit Hilfe des Gewindeteils 30 wird die Klemmschraube 22 in die Befestigungsbohrung 14 eingeschraubt. Die Klemmschraube 22 wird dann so lange in die Befestigungsbohrung 14 angezogen bis das Bolzenteil 32 gegen die Spannseite 28 gedrückt wird und somit die Klemmschraube 22 gegen die Wand der Messeraufnahme 10 geklemmt wird. In diesem Fall sind keine Verbindungselemente in Form von Spannklötzen oder Klemmkeilen notwendig, die die Kraft der Klemmschrauben 22 übertragen sollen, sondern es erfolgt eine direkte kraftschlüssige Verbindung zwischen der Klemmschraube 22 und dem Stabmesser 6.

Alternativ können die zwei Gewindeteile 30 mit einem gemeinsamen Spannblock 34 die Spannseite 28 anpressen. Im Unterschied zur Ausführung mit den zwei Bolzenteilen 32 wird in diesem Fall die Kraft der Klemmschrauben 22 über den gemeinsamen Spannblock 34 auf die Spannseite 28 umlenkungsfrei übertragen.

Eine kreissegmentförmige Messeraufnahme 10 mit einer gerundeten Seite 24a und einer abgeflachten Seite 26a ist in Fig. 4 dargestellt. Die gerundete Seite 24a überstreicht einen Winkelbereich, dessen Mittelpunktswinkel α etwa 255° beträgt.

Die Messeraufnahme 10 stellt eine Ausnehmung im scheibenförmigen Messerträger 4 dar, die mittels eines Drahterodierverfahrens ausgebildet ist. Mit Hilfe der Drahterosion können alle elektrisch leitfähigen Materialien bearbeitet werden und man umgeht die bei der spanenden Fertigung auftretenden Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Festigkeit. Für die Ausformung jeder Messeraufnahme 10 wer- den zuerst zwei Bohrungen 36 in dem scheibenförmigen Messerträger 4 eingebracht, damit der Draht durch den scheibenförmigen Messerträger 4 durchführt werden kann. Von den Bohrungen 36 aus schneidet eine Maschine die gewünschte Form präzise aus, indem sie den Draht entlang einer vorgegebenen Strecke führt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist der Messerschaft 20 in die Messeraufnahme 10 eingeführt und mit Hilfe der Klemmschraube 22 befestigt. Der Radius R der gerundeten Seite 24 des Messerschaftes 20 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 8mm. Die gerundete Seite 24a der Messeraufnahme 10 weist demgegenüber einen größeren Radius Ri von beispielsweise 8,1 mm auf. Lediglich in einem mittleren Bogen- abschnitt 38 ist ein Radius R ₂ vorgesehen, der dem Radius R entspricht und im Ausführungsbeispiel daher 8mm beträgt.

Ausgehend vom Mittenpunkt N der abgeflachten Seite 26 weist der Bogenabschnitt 38 im Ausführungsbeispiel einen Winkel ß von etwa 60° auf. Der Bogenabschnitt 38 ist so positioniert, dass sich seitlich ein weiterer Bogenabschnitt 40 anschließt, der an die abgeflachte Seite 26a angrenzt. Der weitere Bogenabschnitt 38 überstreicht - vom Mittenpunkt N aus betrachtet - einen Winkel γ von etwa 15.

Durch den außerhalb des Bogenabschnitts 38 beispielsweise um etwa 1 % gegenüber dem Radius R vergrößerten Radius R ₁ liegt der Messerschaft 20 lediglich am Bogen- abschnitt 38 an.

Beim Befestigen des Messerschaftes 20 in der Messeraufnahme 10 übt die Klemmschraube 22 eine Kraft gegen die Spannseite 28 des Messerschaftes 20 aus. Der Messerschaft 20 wird in Richtung dieser Kraft gedrückt, bis er fest mit seiner abgeflachten Seite 26 auf der entsprechenden abgeflachten Seite 26a der Messeraufnahme 10 und mit einem Teil seiner gerundeten Seite 24 auf dem Bogenabschnitt 38 aufliegt. Somit stellen die abgeflachte Seite 26a der Messeraufnahme 10 und der Bogenabschnitt 38 zwei Basisflächen dar, auf die die vektoriell zerlegte Kraft der Klemmschraube 22 wirkt, so dass das Stabmesser 6 unbeweglich und sicher in der Messeraufnahme 10 an einer definierten Position eingeklemmt ist.

Durch die Ausgestaltung gemäß Fig. 5 ist daher durch den Bogenabschnitt 38 eine definierte Anlagefläche für den Messerschaft 20 vorgegeben, die die radiale Position des jeweiligen Messerschafts 20 im Messerträger 4 festlegt. Durch die exakte Ausbildung des Bogenabschnitts 38 beim Einbringen der Messeraufnahme 10 in den Messerträger 4 wird daher das jeweilige Stabmesser 6 auf einen vorgegebenen Schnittkreis jus- tiert, welcher durch die einzelnen Stabmesser 6 definiert wird. Für eine qualitativ hochwertige Werkstückbearbeitung müssen die einzelnen Schneidecken der Stabmesser 6 nämlich exakt auf einem gemeinsamen Schnittkreis liegen, bzw. bei dem Anwendungsfall des Verzahnens von Spiralkegelrädern müssen die Schneidecken abwechselnd auf einem inneren Schnittkreis und auf einem äußeren Schnittkreis liegen.