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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spanlosen Bearbeitung einer geraden Kante an einer Platte, insbesondere bei der Möbelherstellung.
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Unter dem Begriff „Kante“ wird im Folgenden die Linie verstanden werden, die sich aus der Aneinanderreihung von Eckpunkten eines, auf einer Schmalfläche einer Platte angebrachten Schmalflächenbandes ergibt. Eine Platte ist im Sinne dieser Erfindung ein dünner, flächiger, ebener Körper aus einem steifen Material mit zwei zueinander nahezu parallelen, großflächigen Oberflächen und mehreren, diese Oberflächen verbindenden Schmalflächen. Die Schmalfläche weist einen Winkel größer als Null und kleiner als 180° zu der Plattenoberfläche auf. Eine gerade Kante ist somit durch einen geradlinigen Verlauf entlang einer Vorschubrichtung gekennzeichnet.
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Zur Verdeutlichung der der im folgenden verwendeten Begriffe ist in 1A eine Platte (1) mit einer Plattenoberfläche (1a) und einer Schmalfläche (1b) sowie einem auf der Schmalfläche angebrachten Schmalflächenband (2) und die als die Verbindungslinie der Eckpunkte des Schmalflächenbandes definierte Kante (2a) in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
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1B zeigt einen Querschnitt durch die Platte und das Schmalflächenband in einer Ausführungsform, bei dem das Schmalflächenband eine Fase aufweist. Das Schmalflächenband (2) hat eine Außenseite (2b), die in etwa parallel zu der Schmalfläche (1b) der Platte (1) verläuft, jedoch nicht an diese angrenzt. Darüber hinaus weist das Schmalflächenband (2) eine Seitenfläche (2c) auf, die in etwa auf Höhe der Plattenoberfläche (1a) verläuft und die Plattenoberfläche (1a) mit der Außenseite (2b) des Schmalflächenbandes (2) verbindet. Die Grenzlinie zwischen der Seitenfläche (2c) und der Außenseite (2b) ist als Kante (2a) definiert. Die Seitenfläche (2c) verläuft mit einem Winkel φ zur Plattenoberfläche (1a), dessen Größe in der Regel zwischen 0 und 15° beträgt. Bei einem Winkel φ = 0 ergibt sich ein Winkel von 90° zwischen der Seitenfläche (2c) und der Außenseite (2b) des Schmalflächenbandes (2).
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Bei der Herstellung von Platten, insbesondere für die Möbelherstellung, werden die Schmalflächen der Platten häufig mit einem Streifen aus Papier- oder Thermoplastwerkstoffen, dem Umleimer oder Schmalflächenband, beschichtet.
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Um Fertigungstoleranzen bei der maschinellen Aufbringung dieser Schmalflächenbänder zu kompensieren, sind die Schmalflächenbänder meist etwas breiter als die eigentliche Schmalfläche. Das dadurch oberhalb und unterhalb der Platte überstehende Streifenmaterial wird spanend mittels Ziehklingen oder Fräswerkzeugen entfernt.
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In Abhängigkeit von der Geometrie der Ziehklingen oder Fräswerkzeuge und den gewählten Prozessparametern erhält man eine scharfe Kante, das heißt einen Winkel von 90° zwischen der Seitenfläche 2c und der Außenseite 2b des Schmalflächenbandes oder eine angefaste Kante, bei der dieser Winkel bis zu 105° beträgt. Dieser Kantenverlauf wird jedoch vom Endverbraucher als „scharf“ und haptisch unangenehm empfunden und es können sogar Schnittverletzungen an dieser Kante auftreten.
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Bisher werden die Kanten mittels rotierender Stoffbürsten entschärft und geschlichtet, was aber nur unzureichend gelingt.
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Darüber hinaus sind auch Verfahren zum Bearbeiten von Kanten an Platten bekannt, bei denen die Kanten des Schmalflächenbandes mittels eines formgebenden Werkzeuges oder mittels einer Profilziehklinge so geformt werden, dass das Schmalflächenband keine scharfe Kante, sondern eine abgerundete Kante mit einem spezifischen Profil aufweist.
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Die
DE 10 2009 015 175 A1 beschreibt ein spanloses Verfahren, bei dem das formgebende Werkzeug ein Stempel oder eine Rolle ist, der oder die einen geraden oder einen der angestrebten Form der Plattenkante entsprechenden Querschnitt senkrecht zur Vorschubrichtung der Platte oder des Werkzeuges aufweist. Der mit der Plattenkante in Eingriff stehende Bereich des Werkzeugs ist das formgebende Element. Das formgebende Element weist im Falle eines Stempels eine Verlaufsrichtung auf, die parallel zur Vorschubrichtung der Platte ist. Im Falle einer Rolle wird als Verlaufsrichtung die Abrollrichtung dieser Rolle angesehen, die ebenfalls parallel zur Vorschubrichtung verläuft. Die Achse der Rolle ist somit senkrecht zur Vorschubrichtung.
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Jedoch sind diese Verfahren nicht in jedem Fall anwendbar und insbesondere für dünne Schmalflächenbänder, so genannte Dünnkanten, bei denen das Material des Schmalflächenbandes eine Dicke von nur 0,15 mm bis 0,4 mm aufweist, nicht geeignet. Darüber hinaus ist eine genaue Einstellung des Winkels des formgebenden Werkzeuges in Bezug auf die Plattenoberfläche notwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu überwinden und eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Bearbeitung von geraden Kanten an Platten, insbesondere an Holz- oder Holzwerkstoffplatten vorzuschlagen, mit deren Hilfe glatte und haptisch angenehme Kanten ohne störenden Grad ohne genaue Einstellung des Werkzeugwinkels erzeugt werden. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren unter Nutzung dieser Vorrichtung bereitzustellen, mit dem die Kanten an Platten in einem Arbeitsgang oder einer Arbeitsstufe zuverlässig bearbeitet werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 17 gelöst. Vorzugsweise Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur spanlosen Bearbeitung von geraden Kanten an einer Platte weist ein formgebendes Werkzeug auf, das geeignet ist, während einer Bewegung der Platte relativ zu dem formgebenden Werkzeug auf die zu bearbeitende Kante gepresst zu werden, wobei die Richtung der Relativbewegung die Vorschubrichtung darstellt. Die Kante verläuft dabei geradlinig entlang der Vorschubrichtung.
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Das formgebende Werkzeug umfasst mindestens ein formgebendes Element, das als Vertiefung in der, auf die Kante gepressten Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Vertiefung (in ihrer geometrischen Längsachse) bevorzugt entlang einer Richtung verläuft, die um einen Winkel gegenüber der Vorschubrichtung versetzt ist, so dass die Vertiefung um den Betrag der Breite der Vertiefung gegenüber der Vorschubrichtung gedreht ist.
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Durch die Überlagerung der translatorischen Vorschubbewegung mit der Abwälzbewegung, die durch die Kontur des formgebenden Elementes bewirkt wird, wird das überstehende Material des Schmalflächenbandes entlang der Kante der zu bearbeitenden Platte über die Länge des formgebenden Elements in Vorschubrichtung gesehen zur Plattenoberfläche hin unter Druckeinwirkung abgewälzt und spanlos an die Plattenoberfläche angeschmiegt. Im Ergebnis kann ein Mindestradius der Kante, das heißt der Kurve, die durch die an die Kante angrenzende Plattenoberfläche und das an die Kante angrenzende Schmalflächenband beschrieben wird, von größer oder gleich 0,5 mm erreicht werden, was eine gute taktile Haptik gewährleistet. Darüber hinaus ist eine genaue Einstellung des Winkels des formgebenden Werkzeuges zur Plattenoberfläche nicht mehr notwendig, da der Auflagepunkt des formgebenden Werkzeuges auf der Kante über die Länge des Werkzeuges hinweg wandert.
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Die Relativbewegung der Platte und der Vorrichtung zur Behandlung der Kanten kann durch unterschiedliche Lösungen realisiert werden. So kann die Platte an der feststehenden Vorrichtung zur Bearbeitung der Kanten entlang bewegt werden oder die Vorrichtung zur Behandlung der Kanten wird an der feststehenden Platte entlang bewegt. In anderen, gleichfalls bevorzugten Ausführungsformen ist eine gegenläufige oder gleichläufige Bewegung der Vorrichtung zur Bearbeitung der Kanten und der Platte vorgesehen, wobei die Platte relativ zur Vorrichtung bewegt wird.
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Die Vertiefung in der Oberfläche des formgebenden Werkzeuges, die auf die zu bearbeitende Kante gepresst wird, weist senkrecht zu seiner Verlaufsrichtung bevorzugt einen Querschnitt auf, der vorzugsweise in jeder Querschnittsebene annähernd der Form eines Kreisbogens entspricht. Unter einem Kreisbogen wird im Sinne dieser Anmeldung eine zusammenhängende Teilmenge der Punkte einer Kreislinie (Kreisumfangslinie) verstanden. Unter Verlaufsrichtung wird die Linie, gerichtet in Vorschubrichtung, verstanden, die in der Oberfläche des formgebenden Werkzeugs und mittig entlang der Längenausdehnung der Vertiefung verläuft.
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Andere bevorzugte Ausführungsformen sind V-förmig (allgemein dreieckig), als ovales Hohlprofil oder als U-Form ausgebildet. Das Weiteren sind polygonale Querschnittsformen bevorzugt (bspw. 5-eckig).
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Vorzugsweise weist die Verlaufsrichtung des Mittelpunktes (Mittelachse) des Kreisbogens bzw. der anderen bevorzugten Querschnittsformen über die Länge des formgebenden Elements hinweg einen Winkel zur Vorschubrichtung auf, der vorzugsweise 3° bis 30°, besonders bevorzugt 5° bis 25° und ganz besonders bevorzugt 15° bis 25° beträgt. Damit verläuft die Vertiefung schräg über die Länge des formgebenden Elements hinweg, so dass sich der Mittelpunkt des Kreisbogens an einer vorderen Position des formgebenden Elements mit Bezug auf die Vorschubrichtung an einem anderen Punkt bezüglich der Breite des formgebenden Werkzeuges befindet, als an einer hinteren Position des formgebenden Elements.
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Durch die Schrägstellung der Verlaufsrichtung der Vertiefung gegenüber der Vorschubrichtung wurde überraschend ein hervorragendes Glättungsergebnis erzielt, das über die mit Vertiefungen ohne Schrägstellung erreichbaren Qualitäten deutlich hinaus geht.
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Die Breite des formgebenden Werkzeuges verläuft senkrecht zur Verlaufsrichtung in der Querschnittsebene, während die Länge des formgebenden Elements entlang der Vorschubrichtung definiert ist. Dabei ist der Winkel, der sich zwischen der Verlaufsrichtung des Mittelpunktes des Kreisbogens bzw. der sonstigen Querschnittsform über die Länge des formgebenden Elements hinweg und der Vorschubrichtung ergibt, bevorzugt so gewählt, dass eine zur Vorschubrichtung parallele Linie über die Länge des formgebenden Elements hinweg stets innerhalb der Vertiefung oder Nut verläuft.
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Die Nut oder Vertiefung weist vorzugsweise einen Radius zwischen 1 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 5 mm und weiterhin besonders bevorzugt von 3 mm auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radius des Kreisbogens bzw. sind die Dimensionen der sonstigen Querschnittsform über die gesamte Länge des formgebenden Elements hinweg konstant. Damit ergibt sich der maximale Winkel zwischen der Verlaufsrichtung des Mittelpunktes des Kreisbogens der sonstigen Querschnittsform über die Länge des formgebenden Elements und der Vorschubrichtung aus dem arcsin des Verhältnisses des Durchmessers des Kreisbogens bzw. der Breite der sonstigen Querschnittsform zur Länge des formgebenden Elements. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge des formgebenden Elements zwischen 10 mm und 20 mm, besonders bevorzugt 15 mm.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform verringert sich der Radius des Kreisbogens bzw. die Fläche des Querschnittes der Vertiefung über die Länge des Werkzeuges hinweg, d. h. die Nut verjüngt sich. Damit verringert sich der maximale Winkel zwischen der Verlaufsrichtung des Mittelpunktes des Kreisbogens über die Länge des formgebenden Elements hinweg und der Vorschubrichtung gegenüber dem maximalen Winkel für eine Nut mit einem konstanten Radius.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Tiefe der Vertiefung kleiner als der Radius der Vertiefung. Das heißt: Der Abstand des Punktes des Kreisbogens bzw. der Querschnittsform, der am weitesten von der, die Vertiefung aufweisenden Oberfläche des formgebenden Werkzeuges entfernt ist, zur Oberfläche des formgebenden Werkzeuges ist kleiner als die Hälfte der Breite der Vertiefung auf der Höhe dieser Oberfläche des formgebenden Werkzeuges. Vorzugsweise weist die Vertiefung eine Tiefe zwischen 1 mm und 2,5 mm auf, besonders bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2 mm und ganz besonders bevorzugt von 1,8 mm auf.
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Vorzugsweise ist die Vertiefung auf der Seite, die zuerst mit der Kante in Berührung kommt, in einer Draufsicht auf das formgebende Element zur Breite des formgebenden Werkzeuges hin abgerundet. Das heißt: Die Grenzlinie der Vertiefung zur Breite des formgebenden Werkzeuges an der Oberfläche des formgebenden Werkzeuges weist im Einlauf des formgebenden Elements auf der Seite, an der die Vertiefung einen Winkel kleiner als 90° zu einer entlang der Breite des formgebenden Werkzeuges verlaufenden Linie aufweist, eine Radius von vorzugsweise 0,2 bis 3 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 2 mm und ganz besonders bevorzugt von ca. 1 mm auf, so dass die Kante der Vertiefung auf dieser Seite in der ganz besonders bevorzugten Ausführungsform um mit dem genannten Radius abgerundet ist. Dadurch ist die Vertiefung im Einlauf des formgebenden Elements um den genannten Radius (ganz besonders bevorzugt ca. 1 mm) breiter an der Oberfläche des formgebenden Werkzeuges, als im weiteren Verlauf der Vertiefung über die Länge des formgebenden Elements.
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Vorzugsweise weist die Vertiefung eine gleichartige Abrundung im Auslauf des formgebenden Elements auf, die jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Vertiefung ausgebildet ist. Der Radius im Auslauf muss nicht mit dem im Einlauf überein stimmen, liegt jedoch bevorzugt in den selben Größenordnungsbereichen wie der des Einlaufs. Als Einlauf wird das in Vorschubrichtung als erstes mit der Kante in Berührung gebrachte Ende des formgebenden Elements bezeichnet, während als Auslauf das dem Einlauf entgegengesetzte Ende des formgebenden Elements bezeichnet wird.
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Vorteilhaft sind mehrere derartige formgebende Elemente auf einem formgebenden Werkzeug in Vorschubrichtung hintereinander angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei derartige formgebende Elemente hintereinander angeordnet, in einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausführungsform drei derartige Elemente.
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Die einzelnen Elemente sind durch Trennnute, die quer zur Vorschubrichtung über die Oberfläche des Werkzeuges verlaufen, voneinander beabstandet. Die Trennnute dienen dabei lediglich der Trennung der einzelnen Elemente und weisen keine scharfen, spanabhebenden Kanten oder Oberflächen auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Elemente alle gleichartig ausgebildet und weisen vorzugsweise gleiche Abmessungen auf, wie ein einzeln auf einem formgebenden Werkzeug angeordnetes formgebendes Element. Da der Druck, mit dem das formgebende Werkzeug auf die Kante gedrückt wird, nunmehr auf mehrere formgebende Elemente gleichförmiger verteilt wird, wird die Kante schonender bearbeitet, so dass Beschädigungen der Kante besser vermieden werden können. Somit wird eine noch glattere, haptisch ansprechendere Kantenoberfläche durch die spanlose Bearbeitung mit dem formgebenden Werkzeug erreicht.
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In einer anderen, gleichfalls bevorzugten Ausführungsform sind mehrere erfindungsgemäße formgebende Werkzeuge mit jeweils einem oder mehreren formgebenden Elementen in Vorschubrichtung hintereinander angeordnet.
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Um weder die Platte noch das Material des Schmalflächenbandes bei der Zuführung des formgebenden Werkzeuges zu beschädigen, verfügt das formgebende Werkzeug vorzugsweise über einen Einlaufbereich, der dafür sorgt, dass die Kante in das formgebende Element geführt wird.
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Der Einlaufbereich weist vorzugsweise einen, sich in Vorschubrichtung zum formgebenden Element hin verengenden/verjüngenden Querschnitt auf und geht in das ihm folgende formgebende Element über. Dabei ist vorzugsweise die Vertiefung beim Übergang vom Einlaufbereich in das formgebende Element angefast, so dass keine scharfe, spanabhebende Kante am Einlauf der Vertiefung entsteht.
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Vorteilhaft weist das formgebende Werkzeug darüber hinaus einen Auslaufbereich auf, der in ähnlicher Weise wie der Einlaufbereich gestaltet ist. Im Einlaufbereich und im Auslaufbereich ist die Oberfläche des Werkzeuges abgeschrägt.
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Die Oberfläche des Einlaufbereiches und die Oberfläche des Auslaufbereiches verlaufen bevorzugt in einem Winkel zwischen 5° und 20° zur Oberfläche des formgebenden Werkzeuges im Bereich des formgebenden Elements. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel 10°. Vorzugsweise ist der Winkel des Einlaufbereiches gleich dem Winkel des Auslaufbereiches. Bei mehreren, auf einem formgebenden Werkzeug angeordneten formgebenden Elementen, kann vor jedem formgebenden Element in Vorschubrichtung ein Einlaufbereich zur stoßfreien Einführung der Kante in das formgebende Element angeordnet sein. Vorzugsweise ist jedoch nur vor dem ersten formgebenden Element ein Einlaufbereich ausgebildet. Dasselbe gilt für den Auslaufbereich.
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Vorzugsweise ist das formgebende Werkzeug auf einem Schlitten angeordnet, der mindestens einen Tastschuh aufweist. Der oder die Tastschuhe gewährleisten eine sichere Positionierung des formgebenden Werkzeuges zu der zu behandelnden Kante. Dabei ist ein erster Tastschuh vorzugsweise als Flächentastschuh ausgebildet, der die Oberfläche der Platte abtastet. Ein zweiter Tastschuh ist vorzugsweise als Seitentastschuh ausgebildet, der die Oberfläche des Schmalflächenbandes an der Schmalfläche der Platte abtastet. Aufgrund der Tastschuhe und der starren Anordnung des formgebenden Werkzeugs auf dem Schlitten ist sichergestellt, dass das formgebende Werkzeug stets in der vorgesehenen Position auf die zu bearbeitende Kante trifft und sich nicht unbeabsichtigt verstellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Bearbeitung der Kanten zwei oder mehrere, in Vorschubrichtung hintereinander angeordnete formgebende Werkzeuge auf, wobei jedes formgebende Werkzeug auf einem separaten Schlitten angeordnet ist und jeder Schlitten mindestens einen Tastschuh aufweist.
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Der Tastschuh bzw. die Tastschuhe können beispielsweise in Form einer Kufe ausgeführt sein, wobei der nach oben, das heißt in eine Richtung senkrecht zur Plattenoberfläche und von dieser wegweisend, gekrümmte Einlaufbereich des Tastschuhs für eine stoßfreie Führung des Tastschuhs auf die Plattenoberfläche bzw. die Plattenkante sorgt. Der Tastschuh bzw. die Tastschuhe können beispielsweise auch als eine oder mehrere Rollen ausgeführt sein, die dann auf der abzutastenden Fläche abrollen und so eine geringere Beanspruchung der Fläche als bei Gleittastschuhen hervorrufen.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Bearbeitung der Kanten ein Andruckmittel auf, mit dem das formgebende Werkzeug in einem vorgegebenen Winkel zur Oberfläche der Platte an die Kante der Platte gepresst wird. Vorzugsweise ist dieses Andruckmittel eine Feder. Besonders bevorzugt wird ein Winkel von etwa 45° zwischen der Richtung, in der die Breite des formgebenden Werkzeuges verläuft, und der Oberfläche der Platte eingestellt. Von Vorteil ist jedoch, dass der Winkel nicht exakt eingestellt werden muss, da sich der Auflagepunkt des formgebenden Elements auf der spanlos zu bearbeitenden Kante über die Länge des formgebenden Elements hinweg bewegt und sich der Winkel damit verändert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur spanlosen Bearbeitung von geraden Kanten an einer Platte wird das formgebende Werkzeug auf die zu bearbeitende Kante der Platte gepresst, während die Platte sich relativ zu dem formgebenden Werkzeug bewegt. Die Richtung dieser Relativbewegung ist die Vorschubrichtung.
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Vorzugsweise steht das formgebende Werkzeug fest und die Platte wird entlang der Vorschubrichtung an dem formgebenden Werkzeug entlang bewegt. Dazu wird die Platte beispielsweise auf einer Rollenvorrichtung oder einem Transportband an die Vorrichtung zur Behandlung der Kanten herangeführt. Um zu verhindern, dass die Platte der Bearbeitung ausweicht, wird sie durch Andruckrollen sowohl in der Ebene, in der der Vorschub erfolgt, als auch senkrecht dazu zwangsgeführt. Der gesamte Kantenbehandlungsprozess erfolgt, während die Platte kontinuierlich die Vorrichtung durchläuft und sich so eine Relativbewegung von Plattenkante und Werkzeug ergibt.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform steht die Platte fest und das formgebende Werkzeug wird an der Platte entlang bewegt.
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Vorzugsweise wird das formgebende Werkzeug mittels mindestens eines Tastschuhs zur Platte, das heißt zur Oberfläche der Platte und zu einer Schmalfläche der Platte, justiert.
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Vorzugsweise wird beim Eintreten der Platte in die Vorrichtung ein erster Tastschuh auf der Oberfläche der Platte positioniert. Dies geschieht z. B. dadurch, dass der Tastschuh einen nach oben gebogenen, das heißt von der Plattenoberfläche weggebogenen, Einlaufbereich hat und so durch die herannahende Platte auf deren Oberfläche geleitet wird. Der Tastschuh ist mit einem Schlitten verbunden, auf dem sich das formgebende Werkzeug mit dem formgebenden Element befindet. Durch die Bewegung des Tastschuhs wird das Werkzeug in die richtige Arbeitslage gebracht. Im weiteren Verlauf des Vorschubs der Platte erreicht die Kante das formgebende Werkzeug und dort den Einlaufbereich, wobei die Position des formgebenden Elements zur Plattenkante feinjustiert wird.
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Vorzugsweise wird das formgebende Werkzeug durch Andruckmittel, besonders bevorzugt eine Feder, zwischen formgebenden Werkzeug und Schlitten an die Plattenkante gepresst und bis zum Kräftegleichgewicht zwischen Andruckkraft und durch die Kante aufgebrachter Gegenkraft in Richtung des Schlittens angehoben. Wenn nun ein überstehendes Material eines Schmalflächenbandes das formgebende Element erreicht, wird es durch dieses an der Plattenkante gepresst, d. h. geformt, verdichtet und geglättet. Die wirkende Kraft sorgt dafür, dass eine sehr glatte, feste und geschlossene Kantenoberfläche entsteht, die das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz verhindert und damit weniger verschmutzungsanfällig ist. Die Plattenkante wird weiter kontinuierlich entlang des Werkzeugs transportiert, bis die Kante vollständig behandelt wurde und die Vorrichtung verlässt.
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Zur Verbesserung der Ergebnisse kann der Vorgang wiederholt werden, z. B. indem die Platte die Vorrichtung nochmals durchläuft oder indem ein zweites formgebendes Werkzeug, vorzugsweise mit einem gleichartigen formgebenden Element, die Kante der Platte erneut verpresst. Dieses zweite formgebende Werkzeug kann dabei auf demselben Schlitten wie das erste formgebende Werkzeug angeordnet sein. Das zweite formgebende Werkzeug kann aber auch auf einem zweiten Schlitten angeordnet sein.
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Der Vorteil des Verfahrens besteht in der wesentlich höheren Produktivität gegenüber den bekannten spanabhebenden Verfahren und in einer besseren, gleichmäßigeren Kantengestaltung gegenüber den bekannten spanlosen Verfahren. Gleichzeitig wird eine deutlich geringere Rauheit der bearbeiteten Kantenflächen erzielt, die in der Folge zu einer geringeren Verschmutzungsneigung dieser Körperkanten führt. Zugleich wird die taktile Haptik der geglätteten und verdichteten Oberflächen signifikant verbessert.
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Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine spanlose Bearbeitung ohne Materialabtrag von Kantenmaterial oder Platte, bei der die Oberflächen des Kantenmaterials oder der Platte nicht beschädigt werden. Der Anpressdruck sorgt während der spanlosen Formgebung durch das formgebende Element für eine Verdichtung des Kantenmaterials und erzeugt dadurch eine sehr glatte Kante mit verringerter Verschmutzungsneigung.
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Um zu verhindern, dass die Plattenkante während der Bearbeitung durch Druck und Reibung zu stark erwärmt wird und so Kantenmaterial oder Klebemittel aufschmelzen, kann das formgebende Werkzeug, insbesondere das formgebende Element, gekühlt werden. Dies erfolgt, indem ein Kühlmittel durch das Werkzeug geleitet oder durch ein Luftstrom auf das formgebende Element gerichtet wird.
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Das vorzugsweise aus Titan, Werkzeugstahl, Hartmetall, Diamant oder keramischen Werkstoffen bestehende formgebende Werkzeug verfügt über eine wesentlich höhere Standzeit im Vergleich zu konventionellen, spanabhebenden Werkzeugen. Aufgrund der relativ großen Oberfläche, die auf die Kante einwirkt, ist der Verschleiß an der Werkzeugoberfläche signifikant geringer als bei materialabtragenden Werkzeugen.
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Das Werkzeug ist sowohl zur Bearbeitung von Kanten von Papierumleimern als auch von allen Melamin-, Polyester-, Polypropylen-, ABS- und PVC-Kanten geeignet.
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Mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen sind in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch dargestellt und näher beschrieben. Dabei können die Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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Figuren
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1A zeigt schematisch eine Platte mit einem, an ihrer Schmalfläche angebrachten Schmalflächenband in einer perspektivischen Darstellung zur Erläuterung der verwendeten Termini.
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1B zeigt einen Querschnitt der 1A.
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2 zeigt schematisch die Bearbeitung einer Kante (2a) mit einem formgebenden Werkzeug (3), in dessen, auf die Kante (2a) angepresste Oberfläche (30) das formgebende Element (5) ausgebildet ist. Die auf die Kante (2a) angepresste Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) weist einen Winkel α zur Plattenoberfläche (1a) auf. Die Relativbewegung der Platte (1) erfolgt senkrecht zur Zeichnungsfläche in die Zeichnungsfläche hinein (d.h. in negativer z-Richtung).
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3A zeigt das feststehende Werkzeug (3) und die sich an diesem entlang bewegende Platte (1), wobei sich die Platte in negativer z-Richtung bewegt, so dass die Bewegungsrichtung (P) der Platte gleich der Vorschubrichtung (V) ist.
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3B zeigt die feststehende Platte (1) und das sich an diesem entlang bewegende Werkzeug (3), wobei sich das Werkzeug in positiver z-Richtung bewegt, so dass die Richtung der Relativbewegung der Platte gleich der Vorschubrichtung (V) ist.
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4A zeigt eine erste Ausführungsform des formgebenden Werkzeuges (3), dessen formgebendes Element (5) als Nut ausgebildet ist (Werkzeughalterung zum Schlitten ist nicht mit dargestellt).
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4B zeigt die erste Ausführungsform des formgebenden Werkzeuges (3) aus 4A in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht sind die Winkel β1 und β2 des Einlaufbereichs (6a) bzw. des Auslaufbereichs (6b) des formgebenden Werkzeuges deutlich zu erkennen.
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5 zeigt den Bereich des formgebenden Werkezeuges (3) aus 4A, in dem das formgebende Element (5) angeordnet ist, in einer detaillierten Darstellung. Insbesondere ist der Verlauf der Nut, der einen Winkel γ zur Vorschubrichtung aufweist, deutlich zu erkennen.
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6 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des formgebenden Werkzeuges (3), bei dem der Einlauf (52) und der Auslauf (53) des formgebenden Elements (5) abgerundet sind.
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform des formgebenden Werkzeuges (3), bei dem drei als Nut ausgebildete formgebende Elemente (5a–5c) hintereinander in Vorschubrichtung angeordnet sind.
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Ausführungsbeispiele
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2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren in einem Querschnitt senkrecht zur Bewegung der Platte, die senkrecht zur Zeichnungsfläche in die Zeichnungsfläche hinein (d.h. in negativer z-Richtung) erfolgt.
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Bevor eine Platte (1) der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt wird, wird ein Schmalflächenband (2) aus mit Melaninharz getränktem Papier mit Hilfe von Schmelzklebstoff mit der Trägerplatte (1) verbunden. Während des Vorschubs der Platte positionieren sich die Tastschuhe (7, 10), geführt von den Einlaufbereichen (8) der Tastschuhe, auf der Oberfläche (1a) der Platte (1) bzw. an der Oberfläche des Schmalflächenbandes (2) der Platte (1).
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Die Positionsveränderung der Tastschuhe (7, 10) wird auf einen Schlitten (4) übertragen, mit dem die Tastschuhe (7, 10) verbunden sind, wodurch das auf dem Schlitten (4) angeordnete, formgebende Werkzeug (3) so positioniert wird, dass das Material des Schmalflächenbandes (2) stoßfrei in den Einlaufbereich (6a) des formgebenden Werkzeugs (3) gelangt. Dabei wird durch die Feder (9) eine Kraft erzeugt und auf das formgebende Werkzeug (3) ausgeübt, die bis zum Gleichgewicht mit der durch die Kante (2a) aufgebrachten Gegenkraft zunimmt. Dabei wird das formgebende Werkzeug (3) an der Kante (2a) feinjustiert.
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Anschließend gelangt die Kante (2a) zum formgebenden Element (5), das die Kante (2a) rundet, glättet und verdichtet. Das formgebende Element (5) ist in der auf die Kante (2a) angepressten Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) ausgebildet. Die auf die Kante (2a) angepresste Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) weist im dargestellten Querschnitt, das heißt in der x-y-Ebene, einen Winkel α zur Plattenoberfläche (1a) auf.
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Mit Bezug auf die 3A und 3B wird die Relativbewegung der Platte (1) und die daraus resultierende Vorschubrichtung (V) erläutert.
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In 3A ist der Fall für ein feststehendes formgebendes Werkzeug (3) und eine sich in negativer z-Richtung bewegende Platte (1) dargestellt. Die Bewegung der Platte (1) ist durch den Pfeil P dargestellt. Damit ergibt sich eine Vorschubrichtung, die durch den Pfeil V symbolisiert ist.
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In 3B ist der Fall für eine feststehende Platte (1) und ein sich in positiver z-Richtung bewegendes formgebendes Werkzeug (3) dargestellt. Die Bewegung des Werkzeuges ist durch den Pfeil W dargestellt. Damit bewegt sich die Platte (1) relativ zum formgebenden Werkzeug (3) in negativer z-Richtung, was der Vorschubrichtung (V) entspricht.
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Die 4A und 4B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für das formgebende Werkzeug (3). Das formgebende Element (5) ist in der auf die Kante (2a) angepressten Oberfläche (30) als Nut oder Vertiefung ausgebildet. In den 4A und 4B ist das formgebende Werkzeug (3) gegenüber der Darstellung aus 2 in der x-y-Ebene um die z-Achse gedreht, um die Anschaulichkeit zu verbessern. Das formgebende Werkzeug (3) weist neben dem formgebenden Element (5) einen Einlaufbereich (6a) und einen Auslaufbereich (6b) auf, die eine zur Oberfläche (30) des Werkzeugs (3) geneigte Oberfläche aufweisen. Dies ist in 4B deutlich zu erkennen, wobei die Oberfläche des Einlaufbereiches (6a) in einem Winkel β1 und die Oberfläche des Auslaufbereiches (6b) in einem Winkel β2 zur Oberfläche (30) des Werkzeuges verläuft. Der Beginn der Vertiefung (5) ist im Einlaufbereich (6a) angeordnet, wodurch [bedingt durch die Neigung der Oberfläche des Einlaufbereiches (6a)] ein angefaster Bereich (51) der Vertiefung (5) entsteht. Das formgebende Werkzeug (3) weist entlang der Vorschubrichtung (V) eine Länge L von 60 mm auf.
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In 5 ist der Bereich des formgebenden Werkzeuges (3), in dem das formgebende Element (5) ausgebildet ist, noch einmal detaillierter dargestellt. Die Nut oder Vertiefung (5) erstreckt sich geradlinig von einem ersten Ende des Bereiches zu einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Bereiches, wobei das erste Ende und das zweite Ende entlang der Vorschubrichtung (V), das heißt entlang der Länge des formgebenden Werkzeuges (3), angeordnet sind. Das formgebende Element (5) hat entlang der Vorschubrichtung (V) eine Länge l von 15 mm. Das formgebende Werkzeug (3) hat eine Breite B von 16 mm, die senkrecht zur Länge L in der x-y-Ebene definiert ist.
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Die Nut hat die Form eines Kreisbogens mit einem Radius R von 3 mm, der über die gesamte Länge der Nut gleich ist. In jedem Querschnitt des formgebenden Elements (5) ist ein Mittelpunkt M der Nut definiert. In 5 sind beispielhaft der Mittelpunkt M1 der Nut an einem ersten Ende des formgebenden Elements (5) und der Mittelpunkt M2 der Nut an einem zweiten Ende des formgebenden Elements (5) dargestellt. Wie in 5 zu erkennen ist, verläuft die Nut dabei in einem Winkel γ zur Vorschubrichtung (V), wobei der Winkel im dargestellten Fall ca. 23,6° beträgt.
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Mit anderen Worten: Die Verbindungslinie aller Mittelpunkte M der Nut, in 5 durch die Linie m dargestellt, weist den Winkel γ zu einer Linie v auf, die parallel zur Vorschubrichtung (V) in der selben Ebene wie die Linie m verläuft. Durch den bezüglich der Vorschubrichtung (V) schrägen Verlauf der Nut ergibt sich für jeden Querschnitt durch das formgebende Element (5) entlang der x-y-Ebene ein anderer Berührungspunkt der Nut mit der Kante (2a).
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Der Winkel γ ist so gewählt, dass alle Punkte der Nut innerhalb eines Bereiches mit einer Breite von zweimal der Breite der Nut an der Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) (gemessen in Richtung der Breite B des formgebenden Werkzeugs (3)) angeordnet sind.
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Mit anderen Worten: Die zur Vorschubrichtung parallele Linie v verläuft über die Länge l des formgebenden Elements (5) hinweg stets innerhalb der Nut. Damit ist als Grenzwert des Verlaufs der Nut ein solcher Verlauf vorgesehen, dass sowohl ein Punkt A, der in einem Querschnitt am ersten Ende des formgebenden Elements (5) ein Schnittpunkt der Nut mit der Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) ist, als auch ein Punkt E, der in einem Querschnitt am zweiten Ende des formgebenden Elements (5) ein Schnittpunkt der Nut mit der Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) ist, auf der Linie v liegen. Dabei sind die Punkte A und E jeweils auf entgegengesetzten Grenzlinien der Nut mit der Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeugs (3) angeordnet, das heißt einer der Punkte auf der linken Grenzlinie und der andere der Punkte auf der rechten Grenzlinie der Nut mit Bezug auf die Breite B des formgebenden Werkzeugs (3). Aus dieser, den Grenzwert des Verlaufs der Nut beschreibenden Anordnung resultiert die Beschränkung des Winkels γ auf γ ≤ arcsin( 2R / l) (1).
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In der in 5 dargestellten Ausführungsform verläuft die Nut in der Mitte des formgebenden Werkzeugs (3) mit Bezug auf dessen Breite B. In anderen Ausführungsformen kann die Nut auch zu einer Seite des formgebenden Werkzeugs (3) mit Bezug auf eine Mitte des formgebenden Werkzeugs (3) in Bezug auf dessen Breite B angeordnet sein.
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Die Nut weist eine maximale Tiefe d, gemessen von der Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeuges (3) auf, die kleiner oder gleich dem Radius R der Nut ist. In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist die Tiefe d gleich 1,8 mm.
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Die 6 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des formgebenden Werkzeugs (3). Das formgebende Werkzeug (3) weist ein formgebendes Element (5) sowie einen Einlaufbereich (6a) und einen Auslaufbereich (6b) ähnlich zu der ersten Ausführungsform auf. Jedoch ist im Gegensatz zu der in den 4A und 5 dargestellten Ausführungsform der Einlauf (52) sowie der Auslauf (53) der Nut jeweils an einer Seite abgerundet. Das heißt: Die Nut ist an dieser Stelle aufgeweitet, so dass die zu bearbeitende Kante (2a) des Schmalflächenbandes (2) sanft entlang der abgerundeten Seite in die Nut hinein- bzw. aus der Nut wieder heraustritt, wenn die Kante (2a) bearbeitet wird. Die Rundung der Aufweitung der Nut weist in der dargestellten Ausführungsform einen Radius von 1 mm auf. Der Querschnitt der Nut in Verlaufsrichtung ist halbkreisförmig, mit einem Durchmesser von 3 mm. Die Länge der Nut beträgt in Vorschubrichtung 18 mm.
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Die 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des formgebenden Werkzeugs (3), das drei in Vorschubrichtung (V) hintereinander angeordnete formgebende Elemente (5a bis 5c) aufweist, die voneinander jeweils durch eine Trennnut (31a, 31b) beabstandet und getrennt sind. Dargestellt ist nur der Bereich des formgebenden Werkzeuges (3), in dem die formgebenden Elemente (5a bis 5c) ausgebildet sind. Das formgebende Werkzeug (3) weist darüber hinaus einen Einlaufbereich und einen Auslaufbereich auf, wie sie in 4A dargestellt sind. Die formgebenden Elemente (5a bis 5c) sind jeweils als Nut, wie in den 4A bis 6 dargestellt, ausgebildet. Die Trennnute (31a, 31b) sind als Nute mit kreisbogenförmigen Querschnitt in einer Querschnittsebene entlang zur Vorschubrichtung (V) ausgebildet und verlaufen quer zur Längsrichtung des formgebenden Werkzeuges (3), das heißt quer zur Vorschubrichtung (V), in der selben Oberfläche (30) des formgebenden Werkzeuges (3), in der auch die formgebenden Elemente (5a bis 5c) ausgebildet sind.
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Ein formgebendes Element (5a bis 5b) verläuft damit entweder von einem Ende des Bereiches des formgebenden Werkzeugs (3), in dem die formgebenden Elemente (5a bis 5c) ausgebildet sind, bis zu einer Trennnut (31a, 31b) oder von einer der Trennnute (31a, 31b) zur anderen der Trennnute (31a, 31b). In anderen Ausführungsformen können die Nute andere Querschnitte, beispielsweise dreieckig oder ovale Querschnitte, aufweisen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle formgebenden Elemente (5a bis 5c) gleichartig ausgebildet, das heißt sie weisen den selben Radius, die selbe Tiefe, die selbe Länge und den selben Verlaufswinkel zur Vorschubrichtung (V) auf.
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8 zeigt eine Darstellung analog zu 5, jedoch mit einer V-förmigen Nut.
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Die 9a bis 9c zeigen verschiedene bevorzugte Querschnittsformen des formgebenden Werkzeugs. In 9a ist die V-Form, in 9b die U-förmige Nut und in 9c eine fünfeckige Form als Vertreter der polygonalen Querschnittsformen dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Platte
- 1a
- Plattenoberfläche
- 1b
- Schmalfläche
- 2
- Schmalflächenband
- 2a
- Kante
- 2b
- Außenseite
- 2c
- Seitenfläche
- 3
- formgebendes Werkzeug
- 30
- Oberfläche des formgebenden Werkzeugs
- 31a, b
- Trennnut
- 4
- Schlitten
- 5, 5a–c
- formgebendes Element
- 51
- angefaster Bereich
- 52
- Einlauf des formgebenden Elements
- 53
- Auslauf des formgebenden Elements
- 6a
- Einlaufbereich des formgebenden Werkzeugs
- 6b
- Auslaufbereich des formgebenden Werkzeugs
- 7
- erster Tastschuh
- 8
- Einlaufbereich eines Tastschuhs
- 9
- Andruckfeder
- 10
- zweiter Tastschuh
- P
- Richtung der Plattenbewegung
- W
- Richtung der Werkzeugbewegung
- V
- Vorschubrichtung
- l
- Länge des formgebenden Elements
- L
- Länge des formgebenden Werkzeugs
- B
- Breite des formgebenden Werkzeugs
- R
- Radius der Nut
- d
- Tiefe der Nut
- v
- zur Vorschubrichtung parallele Linie
- m
- Verlaufsrichtung als Verbindungslinie der Mittelpunkte der Nut
- M1
- Mittelpunkt der Nut am Beginn der Nut
- M2
- Mittelpunkt der Nut am Ende der Nut
- A
- ein Schnittpunkt der Nut mit der Oberfläche des formgebenden Werkzeugs am Anfang der Nut
- E
- ein Schnittpunkt der Nut mit der Oberfläche des formgebenden Werkzeugs am Ende der Nut, wobei der Punkt E auf der Grenzlinie der Nut mit der Oberfläche des formgebenden Werkzeugs liegt, auf der der Punkt A nicht liegt
- φ
- Winkel zwischen der Seitenfläche des Schmalflächenbandes und der Plattenoberfläche
- α
- Winkel der Oberfläche des formgebenden Werkzeugs zur Plattenoberfläche
- β1, β2
- Winkel der Oberfläche des Einlaufbereiches bzw. des Auslaufbereiches zur Oberfläche des Werkzeugs
- γ
- Winkel zwischen m und v
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009015175 A1 [0010]