Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einfräsen von Oberflächenstrukturen in Holzbretter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere aus dekorativen Gründen ist es oftmals erwünscht, die Oberflächen von Holzbrettern mit Strukturen zu versehen, die regelmäßig oder unregelmäßig sein können und der Oberfläche beispielsweise ein rustikales Aussehen geben. Solche Oberflächenstrukturen wurden bislang mit Hilfe eines Handhobels erzeugt, oder es wurde mit einer Fräse ein gleichmäßiges Muster in das Holzbrett eingefräst. Das Arbeiten mit einem Handhobel ist jedoch zeitaufwendig und teuer, das Arbeiten mit der bekannten Fräse hat insbesondere den Nachteil, daß hier nur gleichförmige, insbesondere in Vorschubrichtung des Holzbrettes durchgehend verlaufende Muster bzw. Konturen möglich sind.
Aus der US-A-3 756 295 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der mehrere motorisch angetriebene Schneidmesser an Rahmen gelagert sind, die um quer zur Transportrichtung der Bretter verlaufende Achsen verschwenkbar und entlang der Achsen verschiebbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einfräsen von Oberflächenstrukturen in Holzbretter zu schaffen, die eine maschinelle Anfertigung einer Vielzahl unterschiedlicher, insbesondere auch unregelmäßiger Oberflächenstrukturen in Holzbrettern ermöglicht und dennoch vergleichsweise einfach im Aufbau ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch geeignete Steuerung der insbesondere periodisch, ggf. jedoch auch aperiodisch bewegbaren Fräsköpfe, kann eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen erzeugt werden, wobei die maschinell vorgegebenen, entsprechend den Frästakten abgestuften Fräsbilder wesentlich schneller, rationeller und exakter als beim manuellen Vorgang reproduziert werden können. Im Falle der vorliegenden Erfindung kann somit eine gleichmäßige oder aber auch eine ungleichmäßige Oberflächen-Frässtruktur erzeugt werden, je nachdem, welche Parameter in die Maschinensteuerung eingegeben wurden. Die Taktzeit des Arbeitsvorganges ist regelbar, das heißt, der Zerspanungszyklus ist individuell einstellbar sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung sowie in Vorschubrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch gleichzeitig die Funktion einer Oberfräse bzw. einer Formfräse übernehmen, wobei in diesem Fall lediglich die Profilmesser der Fräsköpfe gewechselt werden müssen und die vertikale und/oder horizontale Position der Fräsköpfe während des Vorschubs der Holzbretter fixiert wird. Hierdurch können Profilbretter und Profilleisten rationell, schnell und kostengünstig auf nur einer einzigen Maschine, die auch in der Lage ist, zusätzlich unregelmäßige Oberflächenstrukturen einzufräsen, hergestellt werden.
Die Fräsköpfe könnten unabhängig voneinander bewegbar sein, wobei dies im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht notwendig ist. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, daß die Fräsköpfe gemeinsam bewegbar sind und Fräsmesser mit in Axialrichtung der Fräsköpfe gegeninander versetzten Schneidprofilen aufweisen. Die Fräsmesser können insbesondere wellenförmig ausgebildet sein mit mehreren aufeinanderfolgenden Wellenscheiteln und Wellentälern, wobei die Fräsmesser von vorderem und hinterem Fräskopf quer zur Bewegungsrichtung der Holzbretter versetzt sind, so daß während eines bestimmten Fräszyklus zwei in Längsrichtung des Brettes und in Querrichtung des Brettes gegeneinander versetzte Strukturvertiefungen erzeugt werden. Die Länge einer jeden Strukturvertiefung ergibt sich aus der Dauer eines jeden Arbeitstaktes in Zusammenhang mit der Vorschubgeschwindigkeit des Holzbrettes, die Breite einer jeden Strukturvertiefung ergibt sich aus der Profilierung der Fräsmesser in Zusammenhang mit dem Maß der vertikalen Bewegung der Fräsköpfe während eines Arbeitstaktes. Durch Bewegung der Fräsköpfe quer zur Vorschubrichtung der Holzbretter ergeben sich zusätzliche Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Oberflächenstruktur.
Die Bewegbarkeit der Fräsköpfe ist dadurch realisiert, daß die Fräsköpfe auf einem Schlitten angeordnet sind, der auf einer höhenverstellbaren Führung querverschieblich gelagert ist. Mittels geeigneter Zylinder/Kolben-Einheiten kann die Bewegung des Schlittens in einer zur Vorschubrichtung der Holzbretter senkrechten Ebene über geeignete Steuereinrichtungen in beliebiger Richtung gesteuert werden.
Es versteht sich, daß die Erfindung auch eine solche Vorrichtung umfaßt, bei der die zu bearbeitende Brettoberfläche stationär ist und die Fräsköpfe beispielsweise mittels einer geeigneten Schlitten- oder Wagenanordnung längs der zu behandelnden Brettoberfläche bewegt werden. Vorzugsweise ist jedoch die Fräsanordnung - mit Ausnahme der vorstehend erwähnten Bewegungsmöglichkeiten - stationär und die Vorrichtung umfaßt eine Brett-Auflageplatte mit einer Öffnung, durch die hindurch die Fräsköpfe mit der zu bearbeitenden Oberfläche des hieran vorbei transportierten Holzbrettes in Eingriff kommen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung einen verstellbaren Führungsanschlag für die Holzbretter, um die Transportrichtung der Holzbretter relativ zu den Fräsköpfen zu variieren. Durch einfaches Verstellen der Richtung des Führungsanschlags ergeben sich wiederum deutlich unterschiedliche Oberflächenstrukturen in der zu bearbeitenden Holzoberfläche.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen in Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben ist. In der Zeichnung zeigen in halbschematischer Darstellung:
Die insgesamt mit der Bezugsziffer 2 bezeichnete, erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Gerätegestell 4 mit einer oberen Auflageplatte 6 für die zu behandelnden, nicht dargestellten Holzbretter und vertikalen Beinen 8, an denen eine untere, horizontale Trägerplatte 10 befestigt ist. Die Trägerplatte 10 trägt 4 im Rechteck angeordnete Gewindespindeln 12, die in der Trägerplatte 10 drehbar, aber axial unverschieblich gelagert sind und mit einer oberhalb der Trägerplatte 10 angeordneten Grundplatte 14 derart gewindemäßig in Eingriff stehen, daß durch gemeinsames Drehen der Gewindespindeln 12 die horizontale Grundplatte 14 angehoben und abgesenkt werden kann.
Um die Gewindespindeln 12 gemeinsam zu drehen, ist an der Unterseite einer jeden Gewindespindel ein mit dieser drehfest verbundener Zahnkranz 16 vorgesehen, wobei die Zahnkränze 16 von einer gemeinsamen Kette 18 angetrieben werden, die ihrerseits über ein Kettenrad 20 antreibbar ist. Das an der Unterseite der Trägerplatte 10 angeordnete Kettenrad steht mit einem oberhalb der Auflageplatte 6 angeordneten Handrad 22 in Antriebsverbindung, über welches über eine nicht näher dargestellte Spindel das Kettenrad 20 antreibbar und somit die Grundplatte 14 höhenverstellbar ist. Das vorstehend beschriebene System dient zur genauen Höhenpositionierung der im folgenden beschriebenen, beweglichen Fräskopfanordnung.
Oberhalb der Grundplatte 14 ist eine insgesamt mit 24 bezeichnete Führung angeordnet, die gegenüber der Grundplatte 14 höhenverstellbar ist. Zu diesem Zweck sind zwischen Grundplatte 14 und Bodenplatte 26 der Führung 24 vertikale Hubzylinder bzw. Führungssäulen 28 angeordnet, wobei durch Betätigen der Hubzylinder 28 die Höhe der Führung 24 variierbar ist.
Die Führung 24 weist gegenüberliegende Seitenwände 30 auf, die zwei parallele, in einer horizontalen Ebene verlaufende Führungsschienen 32 tragen, die im allgemeinen quer zur Transportrichtung der zu behandelnden Holzbretter verlaufen und die einen Schlitten 34 in Querrichtung verschieblich führen. Eine Zylinder-/Kolbenanordnung 36 ist zwischen der Führung 24 und dem Schlitten 34 wirksam, wobei der Zylinder 38 an einer der Seitenwände 30 der Führung 24 befestigt ist und der parallel zu den Führungsschienen 32 verlaufende Kolben 40 endseitig mit dem Schlitten 34 verbunden ist.
Auf einer horizontalen Tragplatte 42 des Schlittens 34 sind zwei Fräsköpfe 44, 46 sowie ein diese beiden Fräsköpfe in Rotation versetzender Antriebsmotor 48 befestigt. Die Fräsköpfe 44, 46 sind in allgemeiner Vorschubsrichtung A der Holzbretter gesehen hintereinanderliegend angeordnet und liegen höher als der Antriebsmotor 48. Über Antriebsriemen 50 werden die beiden Fräsköpfe 44, 46 gemeinsam vom Antriebsmotor 48 angetrieben.
Oberhalb der Fräsköpfe 44, 46 weist die Auflageplatte 6 des Gerätegestells 4 eine Öffnung 52 auf, durch die hindurch die Fräsköpfe 44, 46 in Eingriff mit dem auf der Auflageplatte 6 aufliegenden Holzbrett gebracht werden kann. Die Breite der Öffnung 52 ist derart bemessen, daß auch eine seitliche Bewegung der Fräsköpfe 44, 46 im Rahmen der durch die Führung 24 vorgegebenen Bewegungsfreiheit möglich ist.
Mittels einer insgesamt mit der Bezugsziffer 54 bezeichneten Vorschubeinheit, werden die zu behandelnden Holzbretter mit der jeweils gewünschten Geschwindigkeit selbsttätig über die Auflageplatte 6 bzw. deren Öffnung 52 hinweg transportiert.
Eine insgesamt mit der Bezugsziffer 56 bezeichnete Anschlagseinheit definiert die jeweilige Bewegungsrichtung des zu behandelnden Holzbrettes und ist zu diesem Zwecke in ihrer Richtung verstellbar. Die Anschlagseinheit 56 umfaßt eine auf der Auflageplatte 6 aufliegende Anschlagsleiste 58, die um eine vertikale Schwenkachse 60 verschwenkbar ist. Die Anschlagsleiste 58 trägt ein sich in Richtung zur Schwenkachse 60 hin erstreckendes Hohlprofil 62, in welchem ein weiteres Rohrstück 64, das an einem Spannblock 66 befestigt ist, längsverschieblich geführt ist. Auf diese Weise kann der Abstand der Anschlagsleiste 58 von der Achse 60 variiert werden und der jeweils gewünschte Abstand kann mittels eines zwischen Hohlprofil 62 und Rohrstück 64 wirkenden Handknebels 68 arretiert werden. Die jeweils gewünschte Winkelstellung der Anschlagsleiste 58 relativ zur allgemeinen Vorschubrichtung A ist mittels einer am Spannblock 66 angreifenden Feststellschraube 70 fixierbar.
Die jeweils gewünschte Oberflächenstruktur der Holzbretter ergibt sich durch geeignete Steuerung der die Vertikalposition der Fräsköpfe definierenden Hubzylinder 28 sowie der die Horizontal- bzw. Querposition der Fräsköpfe definierenden Zylinder/Kolben-Anordnung 36. Das zu bearbeitende Holzbrett wird über der Auflageplatte 6 der Vorschubeinheit 54 zugeführt, während des kontinuierlichen Durchlaufes werden die Fräsköpfe 44, 46 horizontal und/oder vertikal entsprechend der vorgegebenen Programmsteuerung bewegt. Bestimmt durch die horizontale Lage der Fräsköpfe und die Dauer des Frästaktes entstehen auf dem Holzbrett reproduzierbare Muster.
Für die Zylinder 28, 38 sind Endschalter vorgesehen, die die Endpositionen der Fräsköpfe definieren, zwischen denen diese in der jeweiligen Richtung zyklisch bewegt werden. Die Verfahrgeschwindigkeit in der entsprechenden Richtung wird im Falle einer pneumatischen oder hydraulischen Steuerung durch Drosseln oder Zeitventile geregelt. Durch Verstellen der an den Zylindern angebrachten Endschalter und/oder Verändern der Drossel- bzw. Zeitventile ergibt sich immer ein neues Fräsbild. Anstelle der Pneumatikzylinder können beispielsweise auch Schrittmotoren mit einer entsprechenden elektronischen Schaltung vorgesehen sein.
Die Messereinsätze der Fräsköpfe 44, 46 sind entsprechend der gewünschten Form der Oberflächenstruktur ausgebildet. Ein Beispiel für die Ausbildung eines Messereinsatzes 72 ist in den Fig. 7a (Vorderansicht) und 7b (Seitenansicht) dargestellt. Die Schneidkante des Messereinsatzes 72 ist hierbei wellenförmig ausgebildet mit mehreren Wellentälern 74 und Wellenscheiteln 76. Bei einer solchen Ausbildung der Messereinsätze 72 mit in Querrichtung sich wiederholenden Schneidstrukturen wird bei einem einzigen Bearbeitungszyklus ein Satz von gleichartigen Vertiefungen erzeugt. Sind die Schneidprofile der Messereinsätze, wie in Fig. 8 dargestellt, in bevorzugter Weise in Axialrichtung der Fräsköpfe gegeneinander versetzt angeordnet, derart, daß in der Projektion die Wellenscheitel des einen Messereinsatzes im Bereich der Wellentäler des anderen Messereinsatzes angeordnet sind, so ergeben sich beim Fräsen gegeneinander in Querrichtung und in Längsrichtung versetzte Reihen von Vertiefungen, wie dies in Fig. 9 skizziert ist. Während eines einzigen Frästaktes werden die Vertiefungen a von dem einen Fräskopf und die Vertiefungen b vom anderen Fräskopf erzeugt. Im nächsten Frästakt werden vom einen Fräskopf die Vertiefungen a' und vom anderen Fräskopf die Vertiefungen b' erzeugt usw.
Fig. 10 zeigt lediglich beispielsweise eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Frässtruktur. Die Frässtruktur gemäß Fig. 11 mit schräg verlaufenden Kanten ergibt sich daraus, daß der Anschlag 58 (vgl. Fig. 3) gegenüber der allgemeinen Vorschubrichtung A schräg gestellt wurde, so daß die zu bearbeitenden Holzbretter insgesamt schräg über die Fräsköpfe geführt werden.