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Umlaufendes Werkzeug mit schraubenförmig gewundenen Zähnen Die Erfindung
bezieht sich .auf ein umlaufendes Werkzeug mit schraubenfärmig gewundenen Zähnen,
und zwar auf ein Werkzeug jener Art, das zur freihändigen Bearbeitung schwer zugänglicher
Stellen dient. Derartige Werkzeuge haben in der Technik immer weitere Verbreitung
gefunden, sie sind in der Hauptsache zur Metallbearbeitung bestimmt, können aiber
auch andere Werkstoffe, wie Kunstharz, Holz usw., bearbeiten. Der Antrieb dieser
Werkzeuge erfolgt regelmäßig über eine bewegliche Zuleitung, wobei als Antriebsmittel
häufig elektrische Handmotore benutzt werden. Der Arbeiter hat dann nur dafür zu
sorgen, daß das umlaufende Werkzeug in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück richtig
geführt und angedrückt wird. Der Vorgang ist also in etwa vergleichbar mit dem Ausfeilen
von Werkstücken von Hand, weswegen die vorerwähnten umlaufenden Werkzeuge als rotierende
oder umlaufende r räserfeilen bezeichnet werden.
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Der vorstehend angedeutete Arbeitsvorgang unterscheidet sich grundsätzlich
von dem Arbeitsvorgang, der in Fräsmaschinen, Fräsautomaten oder Kopierfräsäpparaten
auftritt. Dieser Unterschied besteht darin, .daß bei den Fräsmaschinen in allen
Fällen die Frässpindel nicht schwenkbar, sondern nur in zwei Ebenen starr beweglich
ist. Die Form des Fräsers und die Verzahnungsart wird dementsprechend auch nach
den Erkenntnissen :des Spanabhebens beim Drehstahl festgelegt. Im Gegensatz dazu
ist der Arbeitsvorgang, den das umlaufende Werkzeug der hier .interessierenden Art
durchzumachen hat, wie schon erwähnt, vergleichbar mit dem Feilvorgang mittels einer
normalen Feile, mit dem Unterschied, daß die Kraft, welche die 7erspanung bewirkt,
durch die Maschine aufgebraucht
w=ird, während die Hand lediglich
zu führen und den Anpressungsdruck auszuführen hat. Die Spindel des umlaufenden
Werkzeuges der hier interessierenden Art ist allerdings beweglich, und sie ist auch,
was sie hauptsächlich vom Antrieb des Maschinenfräsers unterscheidet, schwenkbar.
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Während bei _Maschinenfräsern die Arbeitsspindel starr gelagert ist,
sind die umlaufenden Werkzeuge, auf die es hier ankommt, einerseits durch die Hand.
der Bedienungsperson, andererseits durch die besondere Art der Lagerung federnd
gelagert. Das bedingt gleichzeitig auch einen starren Vorschub bzw. eine starre
Bewegungsrichtung bei Maschinenfräsern, während :der Vorschub und die Bewegungsrichtung
bei dein umlaufenden `@'erkz:eug der hier interessierenden Art beweglich und ständigen
Änderungen unterworfen sind.
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Diese verschiedenen Arbeitsbedingungen führen zu Überlegungen, welche
die technische Entwicklung der umlaufenden Werkzeuge der vorerwähnten Art grundlegend
anders beeinflussen, als das bei Maschinenfräsern der Fall ist.
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Während es bei den Maschinenfräsern möglich ist, die resultierenden
Kräfte :durch geeignete Lagerung der Arbeitsspindel aufzunehmen, ist :das bei den
von Hand zu führen--den umlaufenden Werkzeugen nicht möglich, vielmehr ergibt sich
hier die Notwendigkeit, durch geeignete Ausbildung des Werkzeuges selbst günstige
Arbeitsbedingungen zu schaffen. Man wird .sagen können, daß das Werkzeug gemäß der
Erfindung zwischen Handfeilen einerseits und Maschinenfräsern andererseits gattungsmäßig
einzugliedern ist. Infolgedessen genügt es auch nicht, einfach die Erkenntnisse
aus dein Handfeilenbau auf das Werkzeug gemäß der Erfindung zu übertragen, ebensowenig
wie es genügt, die Erfahrungen auf dem Gebiete des Ma.schinenfräsers auf das erfindungsgemäße
Werkzeug zu übertragen. Vielmehr sind neuartige Wege zu beschreiten, und dies hat
erfindungsgemäß dazu geführt, bei' einem mit gewundenen Zähnen ausgebildeten umlaufenden
Werkzeug segmentförinig ausgebildete Zahnfelder mit wechselnder Verwindungsrichtung
der Zähne in den einzelnen Zahnfeldern aufeinanderfolgen zu lassen.
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Bei starr gelagerten Maschinenfräsern ist es bekannt, die Verwindungsrichtung
aufeinanderfolgender Zähne miteinander abwechseln zu lassen, wodurch sich der Axialschub
auf den Fräser aufhebt. Da bei diesen Fräsern jeweils nur ein Zahn in der jeweiligen
Verwindungsrichtung angeordnet ist, wird der Schnittdruck so .hoch, daß sich ein
solcher Fräser zur Führung von Hand nicht eignet. Es ist vielmehr notwendig, in
diesem Falle eine ganze Reihe von Zähnen zu sogenannten Zahnfeldern zusammenzufassen.
In der Anordnung von Zähnen in wechselnder Verwindungsrichtung allein wird die Erfindung-
nicht gesehen, vielmehr erst in der Verhindung mit der ebenfalls bekannten Unterteilung
in eine Reihe von gleichzeitig zum Eingriff mit dem Werkstück kommenden Zähnen.
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So ist zu beachten, daß eine von Hand zu bedienende gehauene Feile
durch den sogenannten Feilenstrich wirkt, d.li. die Feile wird hin und her bewegt,
indem die Hand sowohl die Führung der Feile als auch die Arbeitsbewegung der Feile
übernimmt. Bei dem Werkzeug gemäß der Erfindung dagegen wird die Arbeitsbewegung
durch den Maschinenantrieb vermittelt, die Führung des Z@'erkzeuges dagegen erfolgt
von Hand. Wichtig ist dabei, daß die Führung ges Werkzeuges von Hand glatt und ohne
Störurigen vonstatten geht, d. h. es muß unbedingt vermieden werden, daß das Werkzeug
sprunghaft arbeitet, sich in das Material hineinarbeitet oder dein Material auszuweichen
bestrebt ist usw. Dies sind Dinge, die bei einer Handfeile naturgemäß gar keine
Ralle spielen, schon deswegen nicht, weil ja die Arbeitsgeschwindigkeit :derartiger
Handfeilen außerordentlich gering ist, jedenfalls im Verhältnis zu dem maschinell
angetriebenen Werkzeug ,gemäß der Erfindung praktisch ganz zurücktritt.
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Ähnliches gilt für die bekannten Werkzeuge mit segmentförmigem Hieb.
Da es sich hierbei ebenfalls uni gehauene Werkzeuge handelt, so sind die vorerwähnten
gattungsmäßigen Unterschiede zu beachten. Sind doch die Erkenntnisse, die zur Anwendung
eines segmentförmigen Hiebes geführt haben, grundsätzlich andere als die Erkenntnisse,
die erfindungsgemäß zur Anwendung von Segmentverzahnungen bei umlaufenden Werkzeugen
geführt haben. Durch die seginentförmige Verzahnung gemäß ,der Erfindung soll ja
gerade vermieden werden, daß sich Rattermarken beim Arbeiten mit derartigen umlaufenden
Werkzeugen bilden.
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Auch ein Vergleich mit den bekannten Reibahlen ist nicht -durchführbar.
Dies ergibt sich insbesondere aus der Überlegung, d.aß bei den umlaufenden Werkzeugen
gemäß der Erfindung Schneidzähne im ausgesprochenen Sinne vorhanden sind, während
eine Reibahle- bekanntermaßen lediglich eine schabende Wirkung ausübt. Ist das aber
der Fall, so kann bei einer Reibahle nicht von einer Zahnform gesprochen «erden,
ebensowenig wie von Zahnfeldern die Rede sein kann. Das bedeutet wiederum, daß man
bei der Ausgestaltung der bekannten Reibahle keinen
Wert auf die
Zahnformgestaltung gelegt hat.
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Bemerkenswert ist in .diesem Zusammenhang auch, daß der Form der Schneiidzähne
des Werkzeuges gemäß der Erfindung eine wesentliche Bedeutung zukommt, insofern
nämlich, als,die eigentliche Zahnform schraubenlinien- oder bogenartig gewählt ist,
die Zähne also eine Verwindung erhalten, die eine wesentliche Voraussetzung für
den einwandfreien Betrieb derartiger Werkzeuge ist. Solche umlaufenden Werkzeuge
mit schraubenförmig gewundenen Zähnen, die zu einzelnen parallel oder schräg zur
Umlaufachse verlaufenden Zahnfeldern zusammengefußt sind, sind in Gestalt von Bohrern
für zahnärztliche Zwecke bekannt.
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Um auf die bisherige Entwicklung der von Hand zu führenden umlaufenden
Werkzeuge, also des Werkzeuggebietes einzugehen, das zwischen den Handfeilen einerseits
und Maschinenfräsern andererseits liegt, so hat man bislang geglaubt, eine günstige
Arbeitsweise dadurch zu erzielen, daß man den geschnittenen Zähnen eine schraubenförmige
Verwindung gegeben hat, und zwar. in einer der Drehrichtung des Werkzeuges entgegengesetzten
Richtung; d. h. bei rechts gerichteter Drehung des Antriebes erhalten die-Zähne
eine links gerichtete Verwindung. Auf diese Weise sollte der Arbeiter das Werkzeug
in bequemer Art mit Druck führen können, da an sich das Werkzeug infolge Linksverwindung
der Schneidzähne das Bestreben haben müßte, sich vom Werkstück abzulösen. Es ist
aber übersehen worden, daß dieses Bestreben des Werkzeuges, sich abzulösen, sich
vielfach so stark geltend macht, daß es so nicht gelingt, das Werkzeug stark genug
an das Werkstück anzupressen. Es treten sogenannte Rattererscheinungen auf, die
dadurch bewirkt werden, daß das Werkzeug nur bis zu einem gewissen Grad in das Werkstück
eindringt, bis die sich ausbildenden Kräfte .im Gleichgewicht sind und ein weiteres
Schneiden nicht mehr erfolgt. Die Elastizität des Werkstoffes veranlaßt dann, daß
das Werkzeug aus dem Werkstoff herausspringt. Dieser Vorgang wiederholt sich, und
das Ergebnis ist ein lautes und hartes Arbeiten des Werkzeuges, .das Antriebsmaschine
und Werkzeug stärk beansprucht. Es ergibt sich, daß .die Leistung abfällt und eine
glatte Oberfläche am Werkstück nicht erzielt werden kann.
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Die Erkenntnisse .und Erfahrungen haben zu eingehenden Versuchen geführt,
um den Übelstand zu beseitigen. Eine wesentliche Verbesserung ist durch Übereinstimmung
der Verwindungsrichtung mit der Umlaufrichtung erzielt worden. Eine völlige Aufhebung
der bemängelten Erscheinungen ist jedoch erst möglich durch die genannte erfindungsgemäße
Ausgestaltung der Werkzeuge. Danach sind für diese Werkzeuge segrnentartig ausgebildete
Zahnfelder kennzeichnend, die durch eine verhältnismäßig rasche Aufeinanderfolge
jeglichen axialen Schub oder Druck aufnehmen; diese Felder sind so eingerichtet,
daß an einem Werkzeug die Verwindungsrichtung der Zähne einmal der Drehrichtung
entspricht und zum andern der Drehrichtung entgegenläuft.
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Hierbei läßt sich der Zahnverlauf erfindungsgemäß so gestalten, daß
die parallel zur Umlaufachse des Fräsers angeordneten Zahnfelder verschiedene Breiten
haben.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeuges wird dessen Führung
wesentlich erleichtert im Vergleich zu den bekannten umlaufenden Werkzeugen. Der
Arbeiter ermüdet nicht so stark, und bei gleicher Verspannungs.menge sinkt der Kraftverbrauch
der Maschine.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
wiedergegeben und werden im folgenden :beschrieben. Es zeigen Ab'b. i ein umlaufendes
Werkzeug mit zylindrischer Form, Abb. 2 ein umlaufendes Werkzeug, bei dem die Seitenkanten
des Längsquerschnittes gekrümmt sind.
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Bei beiden in den Abb. i`und 2 dargestellten Werkzeugen folgen segmentartig
ausgebildete Zahnfelder i und 2 aufeinander. Während die Zahnfelder i eine nach
links oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinne verlaufende Verwindungsrichtung zeigen,
ist die Verwindungsrichtung,der Zahnflanke .der Felder 2 im entgegengesetzten Sinne
gewählt. In jedem Falle ergibt sieh, .daß die Verwindungsrichtung bei einemWerkzeug
einmal derDrehrichtung des Werkzeuges entspricht und zum andern der Drehrichtung
entgegenläuft, gleichgültig ob das Werkzeug im Uhrzeigersinne oder entgegengesetzt
zum Uhrzeigersinne angetrieben wird. Der Zahnverlauf ist in beiden Ausführungsbeispielen
durch Trennungslinien oder Zonen 3 unterbrochen. Diese können -in gleichmäßigen
Abständen aufeinanderfolgen, sie können aber auch unregelmäßige Abstände voneinander
aufweisen. In diesen regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen erscheint jeweils
der Zahn der entgegengesetzt verlaufenden Verwindung.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele,
sondern ist anwendbar für die beliebigsten Werkzeugformen, also auch fürkugelförmige
Werkzeuge, birnenförmige Werkzeuge, k egelige Werkzeuge usw.