CH701414A1 - Fräswerkzeug mit besonderer Schneidengeometrie. - Google Patents

Abstract

Ein Fräswerkzeug (100) für die rotierende materialabtragende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, mit einem entlang einer Drehachse (D) des Fräswerkzeugs angeordneten Schaft (102) zur Befestigung des Fräswerkzeugs (100) in einer Werkzeugmaschine, sowie einen in einer Richtung der Drehachse (D) an den Schaft (102) anschliessenden Schneidbereich (103), wobei der Schneidbereich (103) wenigstens eine Schneide (110) mit einer Schneidkante (111) und einer Spannut (115) aufweist und die wenigstens eine Schneide (110) wendelförmig um einen entlang der Drehachse (D) angeordneten und im Wesentlichen zylindrischen Kern herum verläuft, wobei ein Kerndurchmesser des im Wesentlichen zylindrischen Kerns höchstens 80% eines maximalen Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich (103) misst, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Drallwinkel der wenigstens einen Schneide (110) von einem stirnseitigen Ende (116) der wenigstens einen Schneide (110) zu einem schaftseitigen Ende (117) der wenigstens einen Schneide (110) kontinuierlich abnimmt.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug für die rotierende materialabtragende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, mit einem entlang einer Drehachse des Fräswerkzeugs angeordneten Schaft zur Befestigung des Fräswerkzeugs in einer Werkzeugmaschine, sowie einen in einer Richtung der Drehachse an den Schaft anschliessenden Schneidbereich, wobei der Schneidbereich wenigstens eine Schneide mit einer Schneidkante und einer Spannut aufweist und die wenigstens eine Schneide wendeiförmig um einen entlang der Drehachse angeordneten und im Wesentlichen zylindrischen Kern herum verläuft, wobei ein Kerndurchmesser des im Wesentlichen zylindrischen Kerns höchstens 80% eines maximalen Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich misst. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung eines Fräswerkzeugs.

Stand der Technik

[0002] Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Materialien und liegen entsprechend als inhomogene Mehrphasensysteme vor. Die Verbindung zwischen den Materialen geschieht dabei insbesondere durch Form- und/oder Stoffschluss. Durch die gegenseitige Wechselwirkung der Materialen verfügen Verbundwerkstoffe über höherwertige Eigenschaften als die beteiligten Materialen für sich. Verbundwerkstoffe können insbesondere als Teilchenverbundwerkstoffe, Schichtverbundwerkstoffe bzw. Laminate, Faserverbundwerkstoffe oder Kombinationen davon ausgebildet sein.

[0003] Von besonderer technologischer Bedeutung sind Faserverbundwerkstoffe, bei welchen Fasern in einer Matrix eingebettet sind. Über die Dichte, Dimensionierung und Ausrichtung der Fasern können die Werkstoffeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen präzise kontrolliert werden, womit sich massgeschneiderte Bauteile für unterschiedlichste Anwendungen fertigen lassen. Für Bauteile mit hohen gewichtsspezifischen Festigkeiten, z.B. für Luft-, Raumfahrt, Automobilbau oder Sportgeräte, sind beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe, z.B. kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), weit verbreitet. Dabei werden Fasern, wie z.B. Kohlenstofffasern, als Verstärkung in einer Kunststoffmatrix, beispielsweise Epoxidharze, Thermoplasten oder Elastomere, eingesetzt.

[0004] Während Verbundwerkstoffe im Allgemeinen vorteilhafte Werkstoffeigenschaften aufweisen, ergeben sich bei der spanhebenden Bearbeitung bzw. beim Fräsen von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen verschiedene Nachteile. So können beispielsweise harte und abrasiv wirkende Fasern oder Partikel in Verbundwerkstoffen den Werkzeugverschleiss massiv erhöhen. Aufgrund der fräsenden Bearbeitung können zudem strukturelle Änderungen in den Verbundwerkstoffen hervorgerufen werden, welche sich negativ auf die Werkstoffeigenschaften auswirken. Es hat sich gezeigt, dass im Besonderen die Oberflächenrandzonen von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen bei der fräsenden Bearbeitung beeinträchtigt oder gar beschädigt werden können. Dies ist vor allem bei Schichtstrukturen bzw. Laminaten ausgeprägt, bei welchen eine erhebliche Delaminationsgefahr besteht. Besonders anspruchsvoll ist die spanhebende Bearbeitung oder das Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen aufgrund der relativ weichen Kunststoffmatrix.

[0005] Ein Fräswerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken aus unterschiedlichen Materialien ist beispielsweise aus der DE 20 021 264 U1 (Wilhelm Fette GmbH) bekannt. Offenbart ist ein Schaftfräser für die Bearbeitung von Werkstücken aus Nichteisenmetall oder Kunststoffen. Dieser verfügt über zwei oder mehr schraubenlinienförmige Schneidkanten, zwischen denen schraubenlinienförmige Spannuten gebildet sind. Der Schaftfräser weist facettenförmige Freiflächen auf, welche aus einzelnen unter einem Winkel zueinander stehenden Teilflächen zusammengesetzt sind. Ein Kerndurchmesser des Schaftfräsers misst dabei zwischen 40-70% des Aussendurchmessers der Schneidkante.

[0006] Die bislang bekannten Fräser vermögen aber insbesondere bei der Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen und im Besonderen bei faserverstärkten Kunststoffen bislang nicht vollständig zu befriedigen. Insbesondere ist es mit bekannten Fräsern bei derartigen Werkstoffen meist nicht möglich, einen effizienten Materialabtrag und zugleich eine ausreichend materialschonende Bearbeitung des Werkstoffs zu erzielen.

[0007] Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach einem verbesserten Fräswerkzeug für die spanhebende oder fräsende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen.

Darstellung der Erfindung

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Fräswerkzeug zu schaffen, welches eine effiziente und den Werkstoff schonende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, ermöglicht.

[0009] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung nimmt ein Drallwinkel der wenigstens einen Schneide von einem stirnseitigen Ende der wenigstens einen Schneide zu einem schaftseitigen Ende der wenigstens einen Schneide kontinuierlich ab.

[0010] Unter dem Begriff Drallwinkel wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere der Winkel zwischen der Drehachse des Fräswerkzeugs und einer an die Schneidkante anliegenden Tangente verstanden.

[0011] Der Ausdruck Werkzeugaussendurchmesser im Schneidbereich ist insbesondere als ein senkrecht zur Drehachse gemessener maximaler Durchmesser eines bei der Rotation des Fräswerkzeugs um die Drehachse gebildeten Rotationskörpers zu verstehen. Mit anderen Worten ist mit dem Werkzeugaussendurchmesser im Schneidbereich insbesondere der maximale Durchmesser einer den Schneidbereich umhüllenden Mantelfläche gemeint.

[0012] Eine die Drehachse des Fräswerkzeugs und einen betrachteten Punkt auf der Schneidkante beinhaltende Ebene des Fräswerkzeugs wird allgemein als Werkzeugbezugsebene definiert. Eine senkrecht zur Werkzeugbezugsebene stehende Tangentialebene zur Schneidkante am betrachteten Punkt wird entsprechend als Schneidenebene bezeichnet.

[0013] Unter einem Spanwinkel wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein Winkel zwischen der Werkzeugbezugsebene und der Spanfläche im Bereich der Schneidkante verstanden. Die positive Winkelrichtung wird dabei von der Bezugsebene zur Spanfläche definiert. Mit dem Ausdruck Freiwinkel ist insbesondere ein Winkel zwischen der Schneidenebene und der Freifläche verstanden. Der Winkel zwischen Spanfläche und Freifläche wird üblicherweise als Keilwinkel bezeichnet. Die positive Winkelrichtung wird von der Schneidenebene zur Freifläche festgelegt.

[0014] Gemäss der Erfindung nimmt ein Drallwinkel von einem stirnseitigen Ende der wenigstens einen Schneide zu einem schaftseitigen Ende der wenigstens einen Schneide kontinuierlich ab. Ein an einem stirnseitigen Ende der wenigstens einen Schneide vorliegender stirnseitiger Drallwinkel ist somit grösser als ein an einem schaftseitigen Ende der wenigstens einen Schneide vorliegender schaftseitiger Drallwinkel.

[0015] Durch den Drall oder die Steigung der Schneide wird bei der fräsenden Bearbeitung eines Werkstücks eine in Richtung der Drehachse und zum Schaft hin wirkende Kraft auf das Werkstück erzeugt. Die Kraft hängt dabei insbesondere vom Drallwinkel der Schneide ab. Die dem Schaft abgewandte Unterseite des zu bearbeitenden Werkstücks wird durch die Drallwirkung in Richtung des Schafts gezogen, was eine Kompression der an die Unterseite angrenzenden inneren Bereiche des Werkstücks hervorruft.

[0016] Da an der dem Schaft zugewandten Oberseite des zu bearbeitenden Werkstücks der Drallwinkel der Schneide kleiner ist als an der Unterseite, ist die durch den Drall erzeugte Kraft oder die Drallwirkung in Richtung zum Schaft an der Oberseite entsprechend kleiner. Dadurch wird die Oberseite des zu bearbeitenden Werkstücks während der fräsenden Bearbeitung weniger stark zum Schaft hin gezogen als die Unterseite.

[0017] Aufgrund des zum schaftseitigen Ende hin abnehmenden Drallwinkels wird zudem der Abflusswiderstand für die von der Schneide abgetragenen Späne und dem gebildeten Staub vermindert. Im Zusammenspiel mit dem relativ geringen Kerndurchmesser von maximal 80 % des Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich und der entsprechend relativ tiefen Spannute der wenigstens einen Schneide wird damit insbesondere die Span- und Staubabfuhr vereinfacht.

[0018] Die Kombination eines relativ geringen Kerndurchmessers von maximal 80% des Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich und des zum schaftseitigen Ende hin abnehmenden Drallwinkels der wenigstens einen Schneide hat sich als besonders vorteilhaft zur Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, erwiesen. Wie sich gezeigt hat, wird aufgrund der Kompression der an die Unterseite angrenzenden inneren Bereiche des zu bearbeitenden Werkstücks im Zusammenspiel mit der reduzierten Drallwirkung an der Oberseite des Werkstücks und der verbesserten Span- sowie Staubabfuhr ein besonders präzises und materialschonendes Fräsen ermöglicht, wobei die Gefahr der Beeinträchtigung oder Beschädigung des zu bearbeitenden Werkstücks signifikant herabgesetzt wird. Insbesondere wird ein Ausbrechen der gefrästen Kanten und Flächen oder eine Delamination des Werkstücks wirkungsvoll reduziert.

[0019] Des Weiteren hat sich gezeigt, dass auch die an die gefrästen Kanten und Flächen im Werkstück angrenzenden Bereiche durch die fräsende Bearbeitung mit dem erfindungsgemässen Fräswerkzeug auch bei hoher Materialabtragleistung keine signifikanten Veränderungen erfahren, womit die Werkstoffeigenschaften des Werkstücks insgesamt nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemässe Fräswerkzeug eine besonders materialschonende und dennoch effiziente Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen.

[0020] Gleichzeitig weist das erfindungsgemässe Fräswerkzeug eine ausreichend gleichmässige Schnittkraft und einen relativ ruhigen Lauf auf.

[0021] Da der Drallwinkel kontinuierlich zum schaftseitigen Ende der wenigstens einen Schneide hin abnimmt, treten die erfindungsgemässen Vorteile im Wesentlichen über den gesamten Schneidbereich auf.

[0022] Mit Vorteil misst ein stirnseitiger Drallwinkel am stirnseitigen Ende der wenigstens einen Schneide 3-40°, bevorzugt 5-30°, besonders bevorzugt 15-25°. Ganz besonders geeignet sind stirnseitige Drallwinkel von 21.5-22.5°. Derartige Drallwinkel am stirnseitigen Ende der wenigstens einen Schneide haben sich als optimal erwiesen, da einerseits eine ausreichend gleichmässige Schnittkraft erreicht wird und andererseits die durch den Drall in Richtung der Drehachse und zum Schaft hin wirkende Kraft auf das Werkstück auf ein für Faserverbundwerkstoffe verträgliches Mass begrenzt wird.

[0023] Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einen stirnseitigen Drallwinkel von weniger als 3° oder mehr als 40° vorzusehen. In diesen Fällen kann jedoch die Gleichmässigkeit der Schnittkraft abnehmen oder die Kraft auf das Werkstück erreicht Werte, welche zu Beschädigungen des Werkstücks führen können.

[0024] Die Grösse des stirnseitigen Drallwinkels und/oder die Abnahme des Drallwinkels über die gesamte Schneide hängt unter anderem insbesondere auch vom Verwendungszweck des Fräswerkzeugs ab. Bei Fräswerkzeugen zur Bearbeitung von relativ dünnen Werkstücken wird mit Vorteil ein relativ kleiner stirnseitiger Drallwinkel und/oder eine geringe Abnahme des Drallwinkels über die gesamte Schneide gewählt. Bei dickeren Werkstücken ist entsprechend ein grösserer stirnseitiger Drallwinkel und/oder eine grössere Abnahme des Drallwinkels über die gesamte Schneide vorzuziehen.

[0025] Ein schaftseitiger Drallwinkel am schaftseitigen Ende der wenigstens einen Schneide misst vorteilhafterweise -5 - 8°, bevorzugt 1 - 5°, besonders bevorzugt 2 - 4°. Damit wird die durch den Drall erzeugte Kraft oder die Drallwirkung im Bereich der Oberseite des Werkstücks minimiert, was Beschädigungen, wie z. B. ein Ausbrechen oder eine Delamination des Werkstücks, an der Oberseite wirkungsvoll reduziert. Bei einem negativen Wert des Drallwinkels kann bei entsprechender relativer Anordnung zwischen zu bearbeitendem Werkstück und Fräswerkzeug insbesondere im Bereich der Oberfläche des Werkstücks eine in die inneren Bereiche gerichtete Kraft bzw. Drallwirkung erzeugt werden. Damit wird eine Kompression des Werkstücks erhalten, was je nach Werkstück die Bearbeitbarkeit verbessern kann.

[0026] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der schaftseitige Drallwinkel daher einen negativen Wert auf. Mit Vorteil ist der schaftseitige Drallwinkel in diesem Falls kleiner 0° und grösser gleich -5°.

[0027] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform misst der schaftseitige Drallwinkel bevorzugt 1-5°, besonders bevorzugt 2-4°. Damit wird die Gleichmässigkeit der Schnittkraft der wenigstens einen Schneide verbessert und gleichzeitig eine ausreichende Reduktion der Drallwirkung erzielt, so dass insbesondere auch relativ weiche Faserverbundwerkstoffe, wie z. B. faserverstärke Kunststoffe, in zufriedenstellender Weise bearbeitet werden können.

[0028] Es ist aber auch möglich, einen schaftseitigen Drallwinkel vorzusehen, welcher grösser als 8° ist. Insbesondere die auf die Oberfläche des Werkstücks wirkende Kraft nimmt in diesem Fall jedoch zu, was aber je nach Stabilität und Festigkeit des zu bearbeitenden Faserverbundwerkstoffs unproblematisch sein kann. Schaftseitige Drallwinkel unter -5° sind ebenfalls möglich, haben sich jedoch als weniger zweckmässig erwiesen und können das Absaugen von Spänen und Staub erschweren.

[0029] Besonders vorteilhaft führt die wenigstens eine Schneide insgesamt 0.05-0.25 Windungen um die Drehachse des Fräswerkzeugs aus. Insbesondere führt die wenigstens eine Schneide insgesamt 0.1 -0.15 Windungen um die Drehachse des Fräswerkzeugs aus. Damit wird einerseits die Span- und Staubabfuhr erleichtert. Andererseits haben sind erfindungsgemässe Fräswerkzeuge mit einer derartig ausgebildeten Schneide für eine Vielzahl von unterschiedlichen Faserverbundwerkstoffen als besonders geeignet erweisen. Insbesondere faserverstärkte Kunststoffe lassen sich bei einer derartigen Ausführungsform besonders gut und materialschonend bearbeiten.

[0030] Besonders vorteilhaft ist diese Variante der Erfindung in Kombination mit einem stirnseitigen Drallwinkel der wenigstens einen Schneide von 10-40°, insbesondere 15-30°, besonders bevorzugt 20-24° und/oder einem schaftseitigen Drallwinkel von 0 - 8°, bevorzugt 1 - 5°, besonders bevorzugt 2 - 4°.

[0031] Grundsätzlich kann die wenigstens eine Schneide aber auch so ausgebildet sein, dass weniger als 0.05 Windungen oder mehr als 0.25 Windungen um die Drehachse vorliegen.

[0032] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weist die wenigstens eine Schneide in einer Richtung entlang der Drehachse eine durchschnittliche Anzahl von 1.6 - 8.3 x 10<-><3>Windungen pro 1 Millimeter Länge auf. Weiter bevorzugt sind 3 - 5 x10»3 Windungen pro 1 Millimeter Länge. Dadurch kann, insbesondere bei Werkstücken aus faserverstärkten Kunststoffen, die Präzision beim Fräsen weiter verbessert und die Gefahr der Beeinträchtigung oder Beschädigung des zu bearbeitenden Werkstücks zusätzlich herabgesetzt werden.

[0033] Eine durchschnittliche Anzahl von 1.6 - 8.3 x10<-><3>Windungen der Schneide pro Millimeter ist jedoch nicht zwingend. Es ist durchaus möglich eine Schneide vorzusehen, welche eine kleinere oder eine grössere durchschnittliche Anzahl von Windungen pro Millimeter aufweist. Allerdings können die vorstehend genannten Vorteile in diesem Fall unter Umständen weniger stark in Erscheinung treten.

[0034] Eine geeignete Länge der Schneidkante in einer Richtung der Drehachse des Fräswerkzeugs misst beispielsweise 20 - 40 mm, besonders bevorzugt 27 - 33 mm. Es sind aber auch längere oder kürzere Schneidkanten realisierbar.

[0035] Ein vorteilhafter Kemdurchmesser des im Wesentlichen zylindrischen Kerns misst 40-70%, bevorzugt 55 - 65% des maximalen Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich. Dies erlaubt es insbesondere, die Spannut an der wenigstens einen Schneide ausreichend gross bzw. tief auszubilden. Dadurch kann die Span- und Staubabfuhr weiter verbessert werden, gleichzeitig wird jedoch sichergestellt, dass die wenigstens einen Schneide oder der zylindrische Kern des Fräswerkzeugs eine ausreichende Stabilität aufweist, um auch härtere Faserverbundwerkstoffe effizient zu bearbeiten. Das erfindungsgemässe Fräswerkzeug wird dadurch insbesondere flexibler einsetzbar.

[0036] Prinzipiell kann der Kerndurchmesser jedoch auch kleiner als 40% des maximalen Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich sein. Dies kann im Zusammenhang mit der Bearbeitung von sehr weichen Faserverbundwerkstoffen durchaus zweckmässig sein.

[0037] Besonders vorteilhaft ist diese Variante der Erfindung in Kombination mit einem stirnseitigen Drallwinkel der wenigstens einen Schneide von 10-40°, insbesondere 15-30°, besonders bevorzugt 20-24°, und/oder einem schaftseitigen Drallwinkel von 0-8°, bevorzugt 1 -5°, besonders bevorzugt 2-4° und/oder mit einer wenigstens einen Schneide, welche insgesamt 0.1-0.15 Windungen um die Drehachse des Fräswerkzeugs ausführt.

[0038] Der maximale Werkzeugaussendurchmesser im Scheidbereich beträgt insbesondere zwischen 3-25 mm, bevorzugt 6-20 mm, besonders bevorzugt 8-12 mm. Wie sich gezeigt hat, ergeben sich bei derartigen Werkzeugaussendurchmessem optimale Resultate bei der fräsenden Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen.

[0039] Grössere oder kleinere Werkzeugaussendurchmesser sind jedoch auch möglich.

[0040] In einer weiteren vorteilhaften Variante weist ein Spanwinkel entlang einer gesamten Länge der Schneide einen im Wesentlichen konstanten Wert auf, wobei der Spanwinkel bevorzugt 10-20°, besonders bevorzugt 15-17°, misst. Dadurch lassen sich die bei der fräsenden Bearbeitung auftretenden Zerspanungskräfte und Temperaturen entlang der gesamten Schneide reduzieren oder auf einem geringen Niveau halten. Vor allem bei der fräsenden Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen und im Besonderen bei kohlefaserverstärkten Kunststoffen ist dies von entscheidender Bedeutung. Zu grosse Zerspanungskräfte oder hohe Temperaturen führen bei Werkstücken aus derartigen Werkstoffen rasch zu unerwünschten Veränderungen oder gar Beschädigungen.

[0041] Es ist jedoch auch möglich, einen über die Länge der Schneidkante variierenden Spanwinkel vorzusehen und/oder von den angegebenen Spanwinkeln abzuweichen. Dies kann beispielsweise bei einer Optimierung des Fräswerkzeugs auf spezielle Faserverbundwerkstoffe zweckdienlich sein.

[0042] Mit Vorteil weist ein erster Freiwinkel einer an die Schneidkante angrenzenden ersten Freifläche der wenigstens einen Schneide entlang einer gesamten Länge der Schneidkante einen im Wesentlichen konstanten Wert auf, wobei der erste Freiwinkel insbesondere 5-20°, bevorzugt 8-14°, misst. Die erste Freifläche ist insbesondere angefast. Mit anderen Worten liegt mit Vorteil eine Freiflächenfase vor. Insbesondere in Kombination mit einem Spanwinkel von 10-20°, bevorzugt 15-17°, können die bei der fräsenden Bearbeitung auftretenden Zerspanungskräfte und Temperaturen weiter reduziert werden und zugleich wird eine für die Bearbeitung einer Vielzahl von Faserverbundwerstoffen optimale Stabilität der Schneide gewährleistet. Bei Schneiden mit derartig ausgebildeten Span- und/oder Freiwinkeln ergeben sich insbesondere bei faserverstärkten Kunststoffen und im Speziellen bei kohlefaserverstärkten Kunststoffen eine besonders materialschonende Bearbeitung des Werkstücks in Kombination mit einem effizienten Abtrag.

[0043] Es ist jedoch auch möglich, einen über die Länge der Schneidkante variierenden Freiwinkel vorzusehen und/oder von den angegebenen Freiwinkeln abzuweichen, beispielsweise falls dies für die Bearbeitung von speziellen Faserverbundwerkstoffen vorteilhaft sein sollte.

[0044] Mit Vorteil ist die wenigstens eine Schneide keilförmig ausgebildet, wobei insbesondere ein Spanwinkel von mehr als 0° und weniger als 90° sowie ein Freiwinkel von mehr als 0° und weniger als 90° vorliegt. Mit anderen Worten ist ein Keilwinkel der wenigstens einen Schneide bevorzugt kleiner 90°. Dies verbessert die erfindungsgemässen Vorteile weiter. Eine derartige Ausgestaltung ist jedoch nicht zwingend und kann bei Bedarf entsprechend auch abweichend ausgeführt sein.

[0045] Wie sich herausgestellt hat, misst eine Breite der ersten Freifläche mit Vorteil 1 - 4 mm, bevorzugt 2-3 mm. Derartige Breiten der ersten Freifläche haben sich insbesondere in Verbindung mit einem Werkzeugaussendurchmesser von 5-25 mm als vorteilhaft erwiesen. Es sind aber auch kleinere oder grössere Breite der ersten Freifläche möglich.

[0046] Bei mehreren Freiflächen oder Freiflächenfasen misst eine Gesamtbereite sämtlicher Freiflächen oder Freiflächenfasen zusammen mit Vorteil 1 - 4 mm, bevorzugt 2-3 mm.

[0047] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt eine unter einem schiefen Winkel an die erste Freifläche angrenzende zweite Freifläche oder zweite Freiflächenfase vor. Unter einem schiefen Winkel wird dabei insbesondere ein Winkel verschieden von 0° und 90° verstanden. Die zweite Freifläche grenzt dabei insbesondere an einem der Schneidkante abgewandten Bereich der ersten Freifläche an diese an. In diesem Fall grenzt die zweite Freifläche nicht direkt an die Schneidkante an. Ein zweiter Freiwinkel der zweiten Freifläche ist mit Vorteil grösser als der erste Freiwinkel der ersten Freifläche und bevorzugt misst der zweite Freiwinkel 13-35°, insbesondere 20-30°. Durch die unter einem schiefen Winkel an die erste Freifläche angrenzende zweite Freifläche kann eine für die Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, und im Besonderen für faserverstärkte Kunststoffe, optimale Schneidgeometrie geschaffen werden, welche sowohl eine hohe Stabilität der Schneide als auch eine materialschonende Bearbeitung ermöglicht. Indem der zweite Freiwinkel der zweiten Freifläche grösser ausgebildet ist als der erste Freiwinkel, ergeben sich diesbezüglich weitere Vorteile.

[0048] Grundsätzlich kann die zweite Freifläche oder Freiflächenfase jedoch auch anders ausgebildet werden oder es kann auf eine zweite Freifläche verzichtet werden, was insbesondere die Herstellung des Fräswerkzeugs vereinfacht. Auch möglich ist es, den zweiten Freiwinkel kleiner als 13 oder grösser als 35° zu wählen, was jedoch insbesondere im Hinblick auf die Stabilität der Schneide und/oder die materialschonende Bearbeitung nachteilig sein kann.

[0049] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegen mehrere Schneiden vor, wobei bevorzugt insgesamt genau vier Schneiden vorhanden sind. In einer vorteilhaften Variante sind sämtliche Schneiden im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die wenigstens eine Schneide. Mit anderen Worten weisen in diesem Fall sämtliche Schneiden wie die wenigstens eine Schneide mit Vorteil eine Schneidkante und eine Spannut auf und verlaufen wendeiförmig um den entlang der Drehachse angeordneten und im Wesentlichen zylindrischen Kern herum. Damit werden insbesondere eine gleichmässigere Schnittkraft und ein ruhigerer Lauf erzielt. Darüber hinaus ergibt sich bei Fräswerkzeugen mit mehreren Schneiden eine noch materialschonendere Bearbeitung von Faseverbundwerkstoffen. Auch bei mehreren Schneiden ist es vorteilhaft, eine oder mehrere der vorstehend genannten optionalen Gestaltungsvarianten vorzusehen, wobei diese insbesondere bei allen Schneiden und in gleicher Weise ausgebildet werden.

[0050] Als optimal haben sich Fräswerkzeuge mit genau vier Schneiden erwiesen. Diese verfügen insbesondere über eine gleichmässige Schnittkraft und einen ruhigen Lauf und stellen auch im Hinblick auf die materialschonende Bearbeitung von Faseverbundwerkstoffen eine optimale Ausführungsform dar. Insbesondere ist bei genau vier Schneiden eine gute Span-und Staubabfuhr gewährleistet.

[0051] Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung genau eine, zwei, drei, fünf oder noch mehr Schneiden am Fräswerkzeug vorzusehen.

[0052] Die zusätzlich zur wenigstens einen Schneide vorhandenen Schneiden können auch unterschiedlich zur wenigstens einen Schneide ausgebildet sein. Beispielsweise können die zusätzlichen Schneiden unterschiedliche stimseitige Drallwinkel und/oder schaftseitigen Drallwinkel aufweisen. Auch können die zusätzlichen Schneiden bei gleichem stirnseitigem Drallwinkel und/oder schaftseitigem Drallwinkel wie die wenigstens eine Schneide grundsätzlich andere Verläufe der Schneidkanten aufweisen als die wenigstens eine Schneide. Mit anderen Worten verlaufen die zusätzlichen Schneiden in diesem Fall nicht parallel zur wenigstens einen Schneide. Auch möglich sind prinzipiell zusätzliche Schneiden mit konstantem Drallwinkel und/oder einem in schaftseitiger Richtung zunehmendem Drallwinkel. Des Weiteren können Span- und/oder Freiflächenwinkel der zusätzlichen Schneiden von denen der wenigstens einen Schneide abweichen. Derartige Ausgestaltungen des Fräswerkzeugs können für spezielle Faserverbundwerkstoffe unter Umständen zweckdienlich sein.

[0053] Bei mehreren Schneiden weisen diese mit Vorteil in einer Ebene senkrecht zur Drehachse bezogen auf die Drehachse unregelmässige Winkelabstände auf. Mit anderen Worten weist das Fräswerkzeug mit Vorteil eine ungleiche Teilung der mehreren Schneiden über einen Umfang des Fräswerkzeugs oder eine die Schneidkanten der Schneiden umhüllende Mantelfläche auf. Ein Unterschied zwischen den einzelnen Winkelabständen der Schneiden beträgt dabei vorzugsweise zwischen 0.5-10°, bevorzugt 1-5°. Dabei sind nicht notwendigerweise alle Winkelabstände zwischen den einzelnen Schneiden unterschiedlich ausgebildet. Im Falle einer ungleichen Teilung ist jedoch wenigstens ein Winkelabstand verschieden von den übrigen Winkelabständen. Bei insgesamt vier Schneiden am Fräswerkzeug sind insbesondere die jeweils gegenüberliegenden Winkelabstände gleich ausgebildet, während die benachbarten Winkelabstände unterschiedlich sind.

[0054] Unregelmässige Winkelabstände oder eine ungleiche Teilung der mehreren Schneiden ergeben insbesondere einen ruhigeren Werkzeuglauf während der Bearbeitung eines Werkstücks, da damit verhindert wird, dass das Werkstück zu Schwingungen angeregt wird.

[0055] Es ist aber auch möglich eine gleiche Teilung der Schneiden oder regelmässige Winkelabstände zwischen den Schneiden vorzusehen. Dies kann unter Umständen die Herstellung des Fräswerkzeugs vereinfachen.

[0056] Bevorzugt besteht das Fräswerkzeug teilweise oder vollständig aus einem Hartmetall, Cermet und/oder einer Keramik. Geeignete Hartmetalle umfassen insbesondere Hartmetallcarbide. Unter dem Begriff Cermet werden insbesondere Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix verstanden. Bevorzugt liegt zusätzlich eine Beschichtung vor, wobei es sich mit Vorteil um eine Diamantbeschichtung und/oder eine diamantartige Beschichtung handelt. Diamantartige Beschichtungen bestehen z. B. aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) und/oder einem Kompositmaterial mit einer Diamantphase.

[0057] Besteht das Fräswerkzeug wenigstens teilweise aus Hartmetall, empfiehlt es sich, ein abrasionsbeständiges Hartmetall zu verwenden. Dadurch lässt bei der Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen und insbesondere bei faserverstärkten Kunststoffen eine hohe Verschleissfestigkeit und eine entsprechend lange Lebensdauer erreichen.

[0058] Es ist aber grundsätzlich auch möglich, das erfindungsgemässe Fräswerkzeug aus anderen Materialien zu fertigen.

[0059] Mit Vorteil liegt das Fräswerkzeug als Vollfräswerkzeug vor und ist insbesondere einstückig ausgebildet. Es ist aber grundsätzlich auch möglich ein mehrstückiges Fräswerkzeug vorzusehen, welches z. B. über einen separaten Schaft und/oder separate Schneiden verfügt.

[0060] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0061] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>Eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Fräswerkzeugs in Form eines Schaftfräsers; <tb>Fig. 2<sep>Eine Ansicht auf die Stirnfläche des Fräswerkzeugs aus Fig. 1; <tb>Fig. 3<sep>Eine schematische Darstellung der umhüllenden Mantelfläche des Fräswerkzeugs aus den Fig. 1und 2 im Schneidbereich; <tb>Fig. 4<sep>Das Fräswerkzeug aus den Fig. 1- 3 bei der fräsenden Bearbeitung eines Werkstücks aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff.

[0062] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0063] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Fräswerkzeugs 100 in einer Ausführung als Schaftfräser. In Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Stirnfläche 104 des Fräswerkzeugs 100 aus Fig. 1 abgebildet.

[0064] Das Fräswerkzeug 100 ist z. B. einstückig als Vollfräswerkzeug ausgebildet und aus einem an sich bekannten Hartmetall mit einer abrasionsbeständigen Diamantbeschichtung gefertigt. Das Fräswerkzeug 100 umfasst einen im Wesentlichen kreiszylindrischen länglichen Grundkörper 101, wobei eine Drehachse D des Fräswerkzeugs 100 mit der Längsmittelachse des zylindrischen Grundkörpers 101 zusammenfällt. Die Stirnfläche 104 steht dabei senkrecht zur Drehachse D des Fräswerkzeugs 100. Eine vorgesehene Drehrichtung des Fräswerkzeugs 100 um die Drehachse D ist in den Fig. 1und 2 durch einen gebogenen Pfeil angedeutet.

[0065] Der Grundkörper 101 des Fräswerkzeugs 100 ist in Längsrichtung in einen endseitigen Schaftabschnitt 102 und einen an diesen anschliessenden Schneidbereich 103 unterteilt. Der Schneidbereich 103 erstreckt sich in Längsrichtung ungefähr von der Mitte bis zur Stirnfläche 104 des Fräswerkzeugs 100.

[0066] Im Schneidbereich liegen eine erste Schneide 110, eine zweite Schneide 120, eine dritte Schneide 130 und eine vierte 140 Schneide vor, wobei sämtliche vier Schneiden 110, 120, 130, 140 wendeiförmig ausgebildet sind und über die Länge des Schneidbereichs 103 insgesamt je ca. 0.1 Umdrehungen ausführen. Die vier Schneiden 110, 10, 130, 140 verlaufen dabei um einen in Fig. 2 dargestellten zylindrischen Kernbereich 105 des Grundkörpers 101 herum.

[0067] Im Folgenden wird exemplarisch die erste Schneide 110 genauer beschrieben, wobei die übrigen drei Schneiden 120, 130, 140 im Wesentlichen gleich ausgebildet sind und sich lediglich bezüglich der Anordnung um die Drehachse D im Schneidbereich 120 unterscheiden. Die Bezugszeichen der drei weiteren Schneiden 120, 130, 140 entsprechend dabei den Bezugszeichen der ersten Schneide 110, wobei bei der zweiten Schneide 120 ein Wert von 10, bei der dritten Schneide ein Wert von 20 und bei der vierten Schneide ein Wert von 30 zu den jeweiligen Bezugszeichen der ersten Schneide 110 zu addieren sind.

[0068] In Fig. 2 sind zwei Referenzebenen der ersten Schneide 110 dargestellt. Einerseits die Werkzeugbezugsebene B, welche senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung der ersten Schneide 110 steht und die Drehachse D beinhaltet. Andererseits ist die Schneidenebene S dargestellt, welche den in Fig. 2betrachteten Punkt auf der Schneidkante 112 der ersten Schneide 110 enthält und als Tangentialebene senkrecht zur Werkzeugbezugsebene B sowie senkrecht zur Ebene der Stirnfläche 104 angeordnet ist.

[0069] Die erste Schneide 110 verfügt über eine Schneidkante 111, welche sich wendeiförmig von einem stirnseitigen Ende 116 in der Ebene der Stirnfläche 104 in Richtung zum Schaftabschnitt 102 hin bis zu einem schaftseitigen Ende 117 hin erstreckt. Eine Länge der Schneidkante 111 oder eine Distanz zwischen dem stirnseitigen Ende 116 und dem schaftseitigen Ende der Schneidkante 117 in Richtung der Drehachse D beträgt z.B. 30 mm. In Drehrichtung vor der Schneidkante 111 liegt dabei eine ebenfalls wendeiförmige Spannut 115 vor, welche durch eine an die erste Schneidkante 111 angrenzende Spanfläche 114 sowie eine Rückseite der zweiten Schneide 120 begrenzt ist. Die Spannut 115 der ersten Schneide 110 erstreckt sich dabei in Richtung zum Schaftabschnitt 102 über das schaftseitige Ende 117 der Schneidkante 111 der ersten Schneide 110 hinaus und weist im Übergang zum Schaftabschnitt 102 einen zungenförmigen Endbereich auf.

[0070] Ein Spanwinkel γ1 der Spanfläche 114 der ersten Schneide 110, welcher als Winkel zwischen der Werkzeugsbezugsebene und der Spanfläche 114 gemessen wird, beträgt dabei beispielsweise 16°. Der Spanwinkel γ1 ist insbesondere über die gesamte Länge der ersten Schneide 110 im Wesentlichen konstant.

[0071] In Drehrichtung hinter der Schneidkante 111 ist die erste Schneide 110 abgefast, so dass eine an die Schneidkante 111 angrenzende erste Freifläche 112 vorliegt. Ein Freiwinkel α1der ersten Freifläche 112, gemessen zwischen der Schneidenebene S und der ersten Freifläche 112, beträgt z. B. 10°. Eine Breite der ersten Freifläche 112 in der Drehrichtung misst z. B. 1.2 mm. Der erste Freiwinkel α1 als auch die Breite der ersten Freifläche 112 sind über die gesamte Länge der ersten Schneide 110 im Wesentlichen konstant.

[0072] In Drehrichtung hinter der ersten Freifläche 112 liegt eine zweite Abfasung vor, wodurch eine an die erste Freifläche 112 angrenzende zweite Freifläche 113 gebildet wird. Ein zweiter Freiwinkel cc2 der zweiten Freifläche 113, gemessen zwischen der Schneidenebene S und der zweiten Freifläche 113, beträgt z. B. 25°. Die erste Freifläche 112 und die zweite Freifläche 113 stehen somit unter einem schiefen Winkel von ca. 8°zueinander. Eine Breite der zweiten Freifläche 113 in der Drehrichtung misst z. B. 1.2 mm, was insbesondere in Etwa der Breite der ersten Freifläche 112 entspricht. Der zweite Freiwinkel α2 als auch die Breite der zweiten Freifläche 113 sind über die gesamte Länge der ersten Schneide 110 im Wesentlichen konstant.

[0073] Die erste Schneide 110, wie auch die im Wesentlichen gleich ausgebildeten drei weiteren Schneiden 120, 130, 140 des Fräswerkzeugs sind entsprechend in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D keilförmig ausgebildet, wobei die Keilform über die gesamte Länge der vier Schneiden 110, 120, 130, 140 im Wesentlichen konstant ist.

[0074] Die zweite Schneide 120 des Fräswerkzeugs ist gegenüber der ersten Schneide in Drehrichtung und bezogen auf die Drehachse D um einen ersten azimutalen Teilungswinkel Φ, von 90° versetzt angeordnet. Die dritte Schneide 130 wiederum ist gegenüber der zweiten Schneide 120 um einen zweiten azimutalen Teilungswinkel Φ2 von 92° versetzt angeordnet, während die vierte Schneide 140 gegenüber der dritten Schneide 130 um einen dritten azimutalen Teilungswinkel Φ3 von 94° versetzt angeordnet ist. Der vierte azimutale Teilungswinkel zwischen der vierten Schneide 140 und der ersten Schneide 110 beträgt entsprechend ca. 84°. Die Unterschiede zwischen den vier azimutalen Teilungswinkeln Φ1, Φ2, Φ3, Φ4 betragen somit 2-10°.

[0075] Die vier azimutalen Teilungswinkel Φ1, Φ2, Φ3, Φ4 sind über die gesamte Länge der vier Schneiden 110, 120, 130, 140 im Wesentlichen konstant und die Schneidkante n 111, 121, 131, 141 der vier Schneiden 110, 120, 130, 140 liegen auf einer gemeinsamen umhüllenden Mantelfläche 106 des Schneidbereichs 103.

[0076] Ein Kerndurchmesser 105.1 des zylindrischen Kernbereichs 105 bzw. des Kerns misst z. B. 59% des Werkzeugaussendurchmessers 106.1 im Schneidbereich 103, wobei der Werkzeugaussendurchmesser 106.1 dem Durchmesser der die vier Schneiden 110, 120, 130, 140 umhüllenden Mantelfläche 106 entspricht.

[0077] Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der abgewickelten umhüllenden Mantelfläche 106 der vier Schneidkanten 111, 121, 131, 141 des Fräswerkzeugs 100 aus den Fig. 1und 2. Die Richtung der Drehachse D verläuft dabei in Abbildung in Fig. 3 in vertikaler Richtung, während die Ebene der Stirnfläche 104 in Fig. 3 als horizontale und nach unten orientierte gestrichelte Linie dargestellt ist. Die horizontale Richtung in Fig. 3entspricht somit dem Azimutwinkel Ω auf der umhüllenden Mantelfläche 106 bezüglich der Drehachse D.

[0078] Der ersten Schneide 110 bzw. der zugehörigen Schneidkante 111 liegt in der Ebene der Stirnfläche 104 bei einem ersten Azimutwinkel Ω1, von z. B. 0°. Am stirnseitigen Ende 116 der ersten Schneide 110 beträgt der stirnseitige Drallwinkel 116.1, welcher als Winkel zwischen der Richtung der Drehachse D und einer Tangente an die Schneidkante 111 der ersten Schneide 110 definiert ist, beispielsweise 22°. In Richtung zum schaftseitigen Ende 117 der ersten Schneide 110 nimmt der Drallwinkel kontinuierlich ab, so dass der schaftseitige Drallwinkel 117.1 am schaftsseitigen Ende 117 der Schneidkante 111 z.B. noch 3° misst. Die Schneidkante 111 der ersten Schneide 110 überstreicht vom stirnseitigen Ende 116 bis zum schaftseitigen Ende 117, welche in Richtung der Drehachse D z.B. ca. 30 mm beabstandet sind, einen ersten azimutalen Winkelbereich 118 von beispielsweise 36° um die Drehachse D. Dies entspricht mit anderen Worten ungefähr 0.1 Windungen der Schneidkante 111 um die Drehachse D. Die Schneidkante 111 der ersten Schneide 110 führt somit durchschnittlich ca. 3.3 x 10<-><3> pro 1 Millimeter Länge in Richtung der Drehachse aus.

[0079] Die zweite Schneide 120 bzw. die zugehörige Schneidkante 121 liegt in der Ebene der Stirnfläche bei einem zweiten Azimutwinkel Ω2 von z. B. 90°, was dem ersten Azimutwinkel Ω1, der ersten Schneide 110 plus dem ersten azimutalen Teilungswinkel Φ1 entspricht. Der dritte Azimutwinkel Ω3 der dritten Schneide 130 bzw. der zugehörigen Schneidkante 131 beträgt in der Ebene der Stirnfläche 104 beispielsweise ca. 182°, was dem zweiten Azimutwinkel Ω Φ1, Φ2, Φ3, Φ4der zweiten Schneide 120 plus dem zweiten azimutalen Teilungswinkel Φ2 entspricht. Entsprechend misst der vierte Azimutwinkel Ω4 der vierten Schneide 140 z. B. ca. 274°, was dem dritten Azimutwinkel Ω3der dritten Schneide 130 plus dem dritten azimutalen Teilungswinkel Φ3 entspricht.

[0080] An den drei stirnseitigen Enden 126, 136, 146 der zweiten, dritten und vierten Schneide 120, 130, 140 betragen die jeweiligen stirnseitigen Drallwinkel 126.1, 136.1, 146.1 der drei weiteren Schneidkanten 121. 131, 141 je ca. 22°. Sämtliche Drallwinkel 116.1, 126.1, 136.1, 146.1 der vier Schneiden 110, 120, 130, 140 sind damit an den stirnseitigen Enden 116, 126, 136, 146 gleich gross und betragen ca. 22°. Zu den jeweiligen schaftseitigen Enden 127, 137, 147 hin nehmen die Drallwinkel 126.1, 136.1, 146.1 der drei weiteren Schneiden 120, 130, 140 in der gleiche Weise ab, wie bei der ersten Schneide 110 bzw. deren Schneidkante 111. An den schaftseitigen Enden 127, 137, 147 messen die jeweiligen schaftseitigen Drallwinkel 127.1, 137.1, 147.1 ca. 3°, was dem schaftseitigen Drallwinkel 117.1 der ersten Schneide 110 entspricht.

[0081] Die von den Schneidkanten 121, 131, 141 der drei weiteren Schneiden 120, 130, 140 überstrichenen aziumtalen Winkelbereiche 128, 138, 148 sind im Wesentlichen gleich gross wie der erste azimutale Winkelbereich 118 und betragen somit ca. 36°.

[0082] Die stirnseitigen Enden 116, 126, 136, 146 sämtlicher vier Schneidkanten 111, 121, 131, 141 liegen in der Ebene der Stirnfläche 104 und die schaftseitigen Endbereiche 117, 127, 137, 147 der vier Schneidkanten 111, 121, 131, 141 liegen in einer gemeinsamen Querschnittsebene.

[0083] Mit anderen Worten sind sämtliche vier Schneidkanten 111, 121, 131, 141 im Wesentlichen gleich lang und weisen, abgesehen vom azimutalen Versatz, im Wesentlichen gleiche Schneidkantenverläufe auf.

[0084] Fig. 4 zeigt das erfindungsgemässe Fräswerkzeug 100 schematisch bei der fräsenden Bearbeitung eines quaderförmigen Werkstücks 200 aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer rechteckigen Unterseite 210 sowie einer flächenparallel dazu ausgerichteten und gleich dimensionierten rechteckigen Oberfläche 220. Weiter liegen senkrecht zur Unterfläche 210 bzw. der Oberfläche 220 des Werkstücks 200 eine rechteckige Vorderseite 230 sowie eine in Fig. 4 nicht sichtbare rechteckige Hinterseite 240 vor, wobei letztere ebenfalls gleich dimensioniert sind wie die Unterseite 210. Konkret besteht das Werkstück 200 z. B. aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff und ist als mehrlagiges Laminat ausgeführt, wobei die einzelnen Lagen des Werkstücks 200 parallel zur Unterseite 210 und der Oberseite 220 ausgerichtet sind.

[0085] Bei der in Fig. 4 dargestellten Situation ist das Fräswerkzeug 100 mit der Drehachse senkrecht zur Oberseite 220 mit etwa dem halben Werkzeugaussendurchmesser 106.1 in die Vorderseite 230 des Werkstücks 200 eingetaucht und hat bereits eine von der Unterseite 210 bis zu Oberseite 220 durchgehende Rundnut in das Werkstück 200 eingefräst. Die Stirnfläche 104 des Fräswerkzeugs 100 liegt dabei in Richtung der Drehachse D des Fräswerkzeugs 100 unmittelbar unterhalb der Unterseite 210 des Werkstücks 200. Das schaftseitige Ende des Schneidbereichs 103 liegt entsprechend unmittelbar oberhalb der Oberseite 220 des Werkstücks 200. Somit ragt der Schaftabschnitt 102 senkrecht von der Oberseite 220 des Werkstücks 200 nach oben.

[0086] Aufgrund der fräsenden Bearbeitung bzw. der Drallwirkung erzeugt das Fräswerkzeug 100 im Werkstück 200 in Richtung der Drehachse D zum Schaftabschnitt 102 hin gerichtete Kräfte. Beim erfindungsgemässen Fräswerkzeug 100 sind die im Bereich der Unterseite 210 auf das Werkstück 200 wirkenden unteren Kräfte 350 grösser als die im Bereich der Oberseite 220 wirkenden oberen Kräfte 351. Die dem Schaftabschnitt 102 zugewandte Oberseite 220 des Werkstücks 200 wird somit viel weniger stark in Richtung des Schaftabschnitts 102 gezogen als die dem Schaftabschnitt 102 abgewandte Unterseite 210 des Werkstücks 200. Damit wird die Gefahr der Beschädigung oder Delamination des Werkstücks 200 wirkungsvoll reduziert. Aufgrund der erfindungsgemässen Ausgestaltung des Fräswerkzeugs 100 werden die bei der fräsenden Bearbeitung des Werkstücks 200 gebildeten Späne und Staub 360 zudem in Richtung zum Schaftabschnitt 102 gefördert und können effizient abgesaugt werden.

[0087] Die vorstehend beschriebene Ausführungsvariante ist lediglich als illustratives Beispiel zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden kann.

[0088] So ist z. B. möglich, beim Fräswerkzeug 100 eine, zwei oder drei der vier Schneiden 110, 120, 130, 140 wegzulassen. Auch denkbar ist es, zusätzlich zu den vier Schneiden 110, 10, 130, 140 eine oder mehrere zusätzliche Schneiden vorzusehen.

[0089] Die Schneiden 110, 120, 130, 140 müssen zudem nicht zwingend alle gleich ausgebildet sein. Denkbar ist es z. B. zwei unterschiedliche Paare von gegenüberliegenden Schneiden vorzusehen oder alle Schneiden unterschiedlich auszubilden.

[0090] Insbesondere können auch die Verläufe der Schneidkanten 111, 121, 131, 141 unterschiedlich sein. Dabei ist es auch möglich, lediglich eine Schneide mit einem vom ein stirnseitigen Ende zum schaftseitigen Ende her kontinuierlich abnehmenden Drallwinkel vorzusehen und, falls vorhanden, die übrigen Schneiden anders auszubilden, z. B. mit konstanten Drallwinkeln oder mit sich stufenartig ändernden Drallwinkeln. Es ist auch möglich bei sämtlichen Schneiden insbesondere unterschiedliche stirnseitige Drallwinkel und/oder schaftseitige Drallwinkel vorzusehen.

[0091] Auch die Span- und Freiwinkel der Schneiden 110, 120, 130, 140 können beispielsweise je nach Verwendungszweck des Fräswerkzeugs 100 andere Werte annehmen als vorgängig beschrieben. So können die Schneiden 110, 120, 130, 140 auch eine von einer Keilform abweichende Geometrie aufweisen. Ebenso ist es möglich, anstelle von zwei Freiflächen 112, 113 lediglich eine oder mehr als zwei Freiflächen vorzusehen. Prinzipiell ist es auch denkbar, auf abgfaste Freiflächen zu verzichten.

[0092] Die azimutalen Teilungswinkel Φ1, Φ2, Φ3, Φ4 können auch anders gewählt werden, als vorgängig beschrieben. Es ist beispielsweise möglich, zwei, drei oder alle vier azimutalen Teilungswinkel Φ1, Φ2, Φ3, Φ4 gleich gross zu wählen.

[0093] Im Schaftabschnitt 102 können des Weiteren zusätzliche Elemente zur verdrehsicheren Befestigung des Fräswerkzeugs 100 in einer Werkzeugmaschine, z. B. Nuten oder Vorstände, angeordnet sein.

[0094] Die Stirnfläche 104 kann auch uneben ausgeführt sein und/oder z.B. über eine oder mehrere stirnseitige Schneiden verfügen.

[0095] Die Bereiche der Schneidkanten 110, 120, 130, 140 und/oder weitere Bereiche des Fräswerkzeugs 100, wie z. B. die Span- und/oder Freiflächen sowie die Spannuten, können zusätzlich oder anstelle der Diamantbeschichtung mit einer weiteren funktionalen Beschichtung, z. B. eine Hartstoffbeschichtung, versehen werden. Auch möglich ist es, auf gänzlich auf eine Diamantbeschichtung oder eine andere funktionale Beschichtung zu verzichten.

[0096] Zudem besteht die Möglichkeit, die Schneidkanten, die Freiflächen, die Spanflächen und/oder die Spannuten der Schneiden 110, 120, 130, 140 zu strukturieren, beispielsweise durch Einbringen von Quer- oder Längsrillen, falls dies zweckdienlich ist.

[0097] Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein neuartiges Fräswerkzeug geschaffen wurde, welches sich hervorragend zur Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Kunststoffen eignet. Das erfindungsgemässe Fräswerkzeug ermöglicht dabei insbesondere eine effiziente und materialschonende Bearbeitung von Werkstücken aus derartigen Materialien.

Claims (16)

1. Fräswerkzeug (100) für die rotierende materialabtragende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, mit einem entlang einer Drehachse (D) des Fräswerkzeugs angeordneten Schaft (102) zur Befestigung des Fräswerkzeugs (100) in einer Werkzeugmaschine, sowie einen in einer Richtung der Drehachse (D) an den Schaft (102) anschliessenden Schneidbereich (103), wobei der Schneidbereich (103) wenigstens eine Schneide (110) mit einer Schneidkante (111) und einer Spannut (115) aufweist und die wenigstens eine Schneide (110) wendeiförmig um einen entlang der Drehachse (D) angeordneten und im Wesentlichen zylindrischen Kern (105) herum verläuft, wobei ein Kerndurchmesser (105.1) des im Wesentlichen zylindrischen Kerns (105) höchstens 80% eines maximalen Werkzeugaussendurchmessers im Schneidbereich (103) misst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drallwinkel (116.1, 117.1) der wenigstens einen Schneide (110) von einem stirnseitigen Ende (116) der wenigstens einen Schneide (110) zu einem schaftseitigen Ende (117) der wenigstens einen Schneide (110) kontinuierlich abnimmt.

2. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stirnseitiger Drallwinkel (116.1) am stirnseitigen Ende (116) der wenigstens einen Schneide (110) 3 - 40°, bevorzugt 5 - 30°, besonders bevorzugt 15 - 25°, misst.

3. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaftseitiger Drallwinkel (117.1) am schaftseitigen Ende (117) der wenigstens einen Schneide (110) -5-8°, bevorzugt 1-5°, besonders bevorzugt 2 - 4°, misst.

4. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneide (110) insgesamt 0.05 - 0.25, insbesondere 0.1-0.15, Windungen um die Drehachse (D) ausführt.

5. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneide (110) in einer Richtung entlang der Drehachse (D) eine durchschnittliche Anzahl von 1.6 - 8.3 x 10<-><3> Windungen pro 1 Millimeter Länge, bevorzugt 3 - 5 x 10<-><3>Windungen pro 1 Millimeter Länge, aufweist.

6. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser (105.1) des im Wesentlichen zylindrischen Kerns (105) 40% bis 70%, bevorzugt 55 - 65 % des maximalen Werkzeugaussendurchmessers (106.1) im Schneidbereich (103) misst.

7. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Werkzeugaussendurchmesser (106.1) im Scheidbereich (103) 3 - 25 mm, bevorzugt 6 - 20, besonders bevorzugt 8-12 mm, beträgt.

8. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanwinkel (γ1) entlang einer gesamten Länge der wenigstens einen Schneidkante (111) einen im Wesentlichen konstanten Wert aufweist, wobei der Spanwinkel (γ1) bevorzugt 10-20°, besonders bevorzugt 15 - 17°, misst.

9. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Freiwinkel (α1) einer an die Schneidkante (111) angrenzenden ersten Freifläche (112) der wenigstens einen Schneide (110) 5 - 20°, bevorzugt 8-14°, misst.

10. Fräswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der ersten Freifläche (112) 1 - 4 mm, bevorzugt 2-3 mm, misst.

11. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass eine unter einem schiefen Winkel an die erste Freifläche (112) angrenzende zweite Freifläche (113) vorliegt.

12. Fräswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Freiwinkel (a2) der zweiten Freifläche (113) grösser ist als der erste Freiwinkel (α1) der ersten Freifläche (112) und wobei bevorzugt der zweite Freiwinkel (oc2) 13-35°, insbesondere 20 - 30°, misst.

13. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneiden (110, 120, 130, 140) vorliegen, wobei bevorzugt insgesamt genau vier Schneiden (110, 120, 130, 140) vorhanden sind, und mit Vorteil sämtliche Schneiden (110, 120, 130, 140) im Wesentlichen gleich ausgebildet sind wie die wenigstens eine Schneide (110).

14. Fräswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schneiden (110, 120, 130, 140) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (D) bezogen auf die Drehachse (D) unregelmässige Winkelabstände Φ1, Φ2, Φ3, Φ4) aufweisen, wobei ein Unterschied zwischen den einzelnen Winkelabständen (Φ1, Φ2, Φ3, Φ4) der Schneiden (110, 120, 130, 140) zwischen 0.5-10°, bevorzugt 1 -5°, beträgt.

15. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass es teilweise oder vollständig aus einem Hartmetall, Cermet und/oder einer Keramik gefertigt ist und dass insbesondere eine Beschichtung vorliegt, wobei es sich mit Vorteil um eine Diamantbeschichtung und/oder eine diamantartige Beschichtung handelt.

16. Verwendung eines Fräswerkzeugs (100) nach einem der Ansprüche 1-15 zur Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärkten Kunststoffen, besonders bevorzugt kohlefaserverstärkten Kunststoffen.