Online-Bibliothek

Shapingmaschine [1]

[92] Shapingmaschine oder Feilmaschine arbeitet nach dem Prinzip der Metallhobelmaschine (vgl. Bd. 5, S. 69) bei ruhendem Arbeitsstück mit einem geradlinig hin und her bewegten, spanabnehmenden Werkzeug.

Sie verdankt ihr Entstehen (durch Reichenbach, München 1804/18) dem Bestreben, das Feilen von Hand maschinell zu ersetzen; sie besitzt in Aufbau und Wirkungsweise große Aehnlichkeit mit der Stoßmaschine (s.d.). Ein Unterschied besteht darin, daß bei der Shapingmaschine die Schneide des Werkzeugs sich auf derselben Seite des Werkzeugschlittens befindet wie die Führung des letzteren, bei der Stoßmaschine jedoch auf der entgegengesetzten Seite.

Die allgemeine Anordnung der Shapingmaschinen ist die, daß die Hauptbewegung vom Werkzeug, die Schaltbewegung senkrecht zu ersterer, namentlich bei größeren Maschinen, vom Werkstück ausgeführt wird. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der bei Hobelmaschinen liegt darin, daß die Massenwirkung des hin und her gehenden Werkzeugschlittens bedeutend geringer ist als bei Bewegung des schweren Arbeitsschlittens samt Arbeitsstück. Die Maschine gestattet infolgedessen auch eine verhältnismäßig leichte Bauart, arbeitet ruhiger und verlustfreier und läßt eine bessere Beobachtung der ruhenden Arbeitsfläche zu. Neben der erwähnten Hauptschaltbewegung, die bei Erzeugung horizontaler Flächen in Tätigkeit tritt (Horizontalschaltung), ist die Maschine mit Schaltung zur Erzeugung senkrechter oder schräger Flächen versehen (Vertikalschaltung). Erteilt man schließlich dem Werkstück anstatt der geradlinigen Schaltbewegung eine ruckweise Drehung um eine zur Arbeitsrichtung parallele Achse, so ist es möglich, auch zylindrische Flächen auzuarbeiten.

Die Hauptelemente einer Shaping- oder Feilmaschine sind: Werkzeugschlitten (Support), Stößel, Werkstückschlitten oder -tisch, Antrieb und Steuerungen (s. Fig. 1 und 2). Der am Kopf des Stößels beteiligte Werkzeugschlitten oder Support besitzt ähnlichen Aufbau wie bei der Hobelmaschine. Der eigentliche Stichel ist in einem Stichelgehäuse an einer Klappe befestigt, durch deren Ausschwingen um einen Bolzen dem Stichel die Möglichkeit gegeben ist, sich beim leeren Rücklauf abzuheben, wodurch Stichel und Werkstück geschont werden. Um auch schräge Flächen zu bearbeiten, ist der ganze Support um eine horizontale Achse drehbar an einer Drehplatte des Stößels angeordnet und mittels Klemmschraube feststellbar. Die Vertikalbewegung des Supports erfolgt mit Hilfe von Spindel und Mutter. Sie wird vorzugsweise nur zur Einteilung der Spanstärke ausgeführt, da auch rechtwinklig zu einander stehende Flächen beidemal besser mit der Horizontalschaltung gehobelt werden, sofern das Umspannen des Werkstückes leicht erfolgen kann. Von besonderer Wichtigkeit für einen ruhigen Gang der Maschine und für die Genauigkeit der Arbeitsflächen ist die volle Berücksichtigung der einseitigen Wirkung des Sticheldruckes, der ein Moment ergibt, das um so stärker auf eine Biegung des Stößels und auf eine Schränkung in seinen Führungen wirkt, je weiter derselbe aus den Führungen herausragt. Infolgedessen ist auch die freie Arbeitslänge der Maschine (der Hub) an eine Höchstgrenze von 800–1000 mm gebunden. Der Stößel selbst ist als kräftiger Träger in U- oder Kastenquerschnitt auszubilden; seine Führungen im Bett der Maschine sind meist rechteckig, mitunter auch schwalbenschwanzförmig. Zur Erzeugung der hin und her gehenden geradlinigen Arbeitsbewegung des Stößels findet vorzugsweise das Kurbelgetriebe in seinen verschiedenen Abarten Verwendung, da diese Getriebe eine exakte Hubbegrenzung gestatten und ihre Mängel bei dem geringen Hub- und Arbeitswiderstand weniger schwerwiegend sind. Das einfache Kurbelgetriebe mit Kurbelscheibe, -zapfen und Lenkstange wird jedoch kaum angewendet, da hierbei die Vor- und Rückwärtsbewegung mit nahezu gleicher Geschwindigkeit erfolgt, was aber mit Rücksicht auf möglichste Ersparnis an unausgenützter (toter) Zeit bei modernen Werkzeugmaschinen nicht angängig ist. Vielmehr erfolgt der Rücklauf des Stahls mit einer Geschwindigkeit gleich einem Vielfachen (bis vier- und mehrfachen) der Schnittgeschwindigkeit. Ein Mittel hierzu bietet die Kurbelschleife, die als oszillierende Kurbelschleife oder Kurbelschwinge oder als rotierende oder Umlaufschleife ausgebildet werden kann, je nachdem die Schleife sich um einen festen Punkt A außerhalb (Fig. 3) oder innerhalb (Fig. 4) des Kurbelkreises dreht. Hierbei rotiert die Kurbel gleichförmig um ihre Achse B, die Kulisse mit dem angeschlossenen Stößel dagegen bewegt sich während des Durchlaufens des Winkels α um den Hub vorwärts, während des Durchlaufens des kleineren [92] Winkels β um denselben Weg, also mit größerer Geschwindigkeit, rückwärts. Wird die Lage des Punktes A so gewählt, daß z.B. β = ¹/₃ α wird, dann erfolgt der Rücklauf dreimal schneller als der Vorgang. Das übliche Verhältnis der Vor- und Rückgangsgeschwindigkeit ist für die Umlaufschleife 4 : 7, bei der Kurbelschwinge 2 : 5. Gleichzeitig mit dem Vorteil beschleunigten Rücklaufes besitzen diese Kurbelgetriebe noch den Vorteil ziemlich konstanter Schnittgeschwindigkeit während des Vorlaufes, wie die Geschwindigkeitsdiagramme zeigen.

Eine praktische Ausführung eines Kurbelschwingenantriebes für Shapingmaschinen zeigt Fig. 5. Hierbei gleitet in einem geschlitzten Hebel (die Schlitzlänge bestimmt sich aus den beiden senkrechten Kurbelstellungen) ein auf den Zapfen einer Kurbelscheibe gefleckter Gleitstein. Der Antrieb der Kurbelscheibe erfolgt durch eine Verzahnung an ihrem Umfang, in die ein auf der Stufenscheibenwelle sitzender Ritzel eingreift. Zur Aenderung des Hubes wird die Exzentrizität des Kurbelzapfens verändert, indem letzterer mit Muttergewinde versehen und durch eine Spindel in einer Führung radial verschoben werden kann, wobei der Antrieb der Spindel durch ein kleines Kegelräderpaar mit nach außen geführter Welle erfolgt. Die Bewegungsübertragung von der Schwinge auf den Stößel erfolgt durch den Eingriff des Schwingenkopfes in zwei Klauen am Stößel, sonst auch durch eine Schubstange.

Die Kurbelschleife, die sich leicht einbauen läßt, findet vorzüglich bei solchen Shapingmaschinen Anwendung, wo die Horizontalschaltbewegung vom Arbeitstisch ausgeführt wird, wogegen man die Umlaufschleife ihrer gedrängteren Bauart halber auf dem Querschlitten solcher Maschinen einbaut, wo auch die Horizontalschaltung vom Werkzeug bezw. Stößel ausgeführt wird. Eine praktische Ausführung einer Umlaufschleife zeigt Fig. 6, wobei der Antrieb der Kurbelscheibe wieder durch Stirnradverzahnung, die Veränderung des Hubes durch Verlegung des Schubstangenangriffs auf einen größeren oder kleineren Radius erfolgt. Um größere Geschwindigkeitsunterschiede als 1 : 3 zu erreichen, werden auch zwei oder mehrere Kurbelschleifen hintereinander angeordnet. Näheres vgl. [1]. Für Shapingmaschinen mit größeren Arbeitsleistungen und Hüben reichen jedoch diese Kurbelantriebe nicht mehr aus; an ihre Stelle tritt dann der Antrieb mittels Zahnstange und Ritzel. Damit tritt jedoch zugleich die Forderung einer besonderen Umschaltung der Bewegungsrichtung nach jedem Hub auf. Es läßt sich diese Forderung wohl durch die vom Stößel eingeleitete Verschiebung eines offenen und eines gekreuzten Riemens von ihren losen auf die feste Scheibe erfüllen; jedoch verlangt diese Anordnung großen Platzbedarf, große Stößelüberwege und bewirkt raschen Verschleiß der Riemen. Weitaus vorteilhafter ist es, die Riemenverschiebung zu vermeiden und nur die von vornherein lose laufenden Scheiben eines offenen und eines gekreuzten Riemens nach Bedarf mit der anzutreibenden Welle zu kuppeln. Diese Kupplung kann entweder durch eine Doppelkegelreibungskupplung bewirkt werden [2] oder nach einer Anordnung der Werkzeugmaschinenfabrik Brune, Cöln-Ehrenfeld (Fig. 7). Hierbei laufen die für zwei Schnittgeschwindigkeiten als Doppelscheibe ausgebildete Scheibe für den Arbeitsgang und die einfache für den Rückgang wieder los auf einer Hohlwelle i und werden nach jedem Hub abwechselnd mit i gekuppelt durch je einen Sprengring g und h, die mittels eines kräftigen Armes auf der Welle i sitzen und abwechselnd durch einen in ihre Sprengfuge vorgeschobenen Keil e und f auseinander getrieben werden, so daß durch die Umfangsreibung die Mitnahme der Riemenscheiben erfolgt. Der Vorschub der Keile erfolgt durch die Kegelflächen einer Stange d, die durch einen Winkelhebel c vor- und zurückgeschoben wird. Die Bewegung des Winkelhebels c wird durch Anschläge a und b am Stößel eingeleitet. Damit bei dem beschleunigten Rücklauf der Stößel nach erfolgter Umsteuerung noch ein Stück weit auslaufen kann, ohne durch den Anschlag a behindert zu werden, ist dieser so eingerichtet, daß er nach erfolgter Drehung des Winkelhebels c von dessen Nase abgleiten kann. Zur seinen Einstellung des Arbeitshubes trifft der Anschlag b gegen ein am Winkelhebel c einstellbares Exzenter.[93]

Um den gekreuzten Riemen für den Rücklauf überhaupt zu umgehen, ist von der gleichen Firma die Anordnung bei Antrieb durch einen elektrischen Einzelmotor nach Fig. 8 getroffen (vgl. a. Fig. 1). Hierbei wirkt der Arbeitsriemen unter Zwischenschaltung eines die Drehrichtung der Motorwelle umkehrenden Stirnradvorgeleges auf die Maschinenwelle, der offene Rücklaufriemen ohne dieses, also in gleichem Drehsinn wie die Motorwelle und mit größerer Umdrehungszahl.

Der Antrieb der Maschinen erfolgt entweder von einer Transmission (Vorgelege) aus, wobei Stufenscheiben eine Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit ermöglichen, oder direkt von einem Einzelmotor aus. Hinsichtlich der Anordnung des letzteren ist die Bauart der Werkzeugmaschinenfabrik Brune bemerkenswert, bei welcher der Elektromotor derart um eine Achse pendelnd aufgehängt ist, daß durch sein Eigengewicht die Antriebriemen gespannt werden.

Bei den zur Ausführung der Horizontalschaltung dienenden Mechanismen ist zu unterscheiden, ob diese Schaltbewegung vom Arbeitstisch oder vom Stößel selbst ausgeführt wird. Im ersteren Fall ist der Arbeitstisch als Kreuzschlitten auszuführen, der neben der horizontalen Schaltung noch das Anstellen des Werkstückes auf die Höhe des Stichels gestattet. Hierzu ist der Bettschlitten am Maschinengestell geführt und mittels Spindel und Mutter oder Zahnstange und Ritzel der Höhe nach von Hand verstellbar. Der auf diesem Bettschlitten gelagerte Querschlitten, der also den Vorschub bewirkt, erhält seinen Antrieb meistens auch durch Spindel und Mutter, die von Hand und automatisch betätigt werden. Die automatische Schaltung muß eine Momentanschaltung sein, die beendigt ist, bevor der neue Arbeitshub beginnt. Als Steuerorgan dient ein auf der Querspindel sitzendes Sperrad, dessen Klinke durch ein Exzenter, eine Kurbelscheibe u.s.w. betätigt wird. Letzteres Element muß so aufgekeilt sein, daß es die Steuerung während des Arbeitsganges aufzieht und während des Stahlrücklaufes weiterschaltet.

Zur Regulierung der Größe des Vorschubs wird die Exzentrizität des die Sperrklinke betätigenden Kurbelzapfens oder die Exzentrizität des Exzenters verändert. Wird andernfalls der Werkzeugstößel gesteuert, was sich besonders bei Bearbeitung großer und sperriger Stücke empfiehlt, so muß der Stößel mit seinem Antrieb in einem besonderen Bettschlitten Platz finden; der Antrieb wird durch eine längsgenutete Welle eingeleitet. Eine in ähnlicher Weise wie bei Schaltung des Arbeitstisches betätigte Steuerung hat dann die Bewegungsschraube des Stößelschlittens in der Art anzutreiben, daß der Stahl vor jedem Arbeitshub ruckweise weiterrückt. Mitunter sind auch ähnlich betätigte Schaltvorrichtungen zur Steuerung des Vertikalschlittens vorgesehen.

Fig. 9 Stellt die in Fig. 1 und 2 in ihren Projektionen gegebene Shapingmaschine der Werkzeugmaschinenfabrik Brune, Cöln-Ehrenfeld, in Ansicht dar. Die Maschine besitzt Zahnstangenantrieb, der von einem 1 PS. Harken, in erwähnter Weise aufgehängten Elektromotor betätigt wird; betreffs der Umsteuerung s. Fig. 7. Der größte Stößelhub beträgt 600 mm, die Querverschiebung, die hier dem Werkstück erteilt wird, 650 mm. Neben dem Arbeitstisch, der mit einem Schraubstock zum Einspannen kleiner Stücke versehen ist, ist die früher erwähnte Rundhobeleinrichtung samt Antrieb durch ein ruckweise zu schallendes Schneckengetriebe sichtbar. Fig. 10 zeigt eine durch Kurbelschwinge angetriebene Shapingmaschine von Gildemeister, Elberfeld, dar, bei welcher der Arbeitstisch feststeht und der Werkzeugschlitten quer gesteuert wird (traversierende Shapingmaschine). Solche Maschinen werden auch mit zwei Aufspanntischen gebaut.[94]

Während im allgemeinen das Werkzeug der Shapingmaschinen beim Vorwärtsgang, also schiebend, arbeitet, arbeitet die in Fig. 11 dargestellte Maschine der Morton Manufact. Co. Muskegon Heigths umgekehrt in der Art, daß der Span bei Bewegung nach dem Gestell hin abgenommen wird, also ziehend. Diese Anordnung gestattet die Abnahme außerordentlich starker Späne und leichte Beobachtung der Schnittstelle beim Hobeln gekrümmter Profile, da hier kein Abbröckeln des Randes der Schnittstelle eintritt. Der Stößel ist ein einfacher, allseitig geführter Barren, der durch ein Zahnstangengetriebe bewegt wird. Der Antrieb erfolgt durch zwei auf verschiedenen Seiten befindliche Riemenscheiben für einen offenen und einen gekreuzten Riemen, die abwechselnd durch Reibungskupplungen mit der Antriebswelle verbunden werden.

Bei kleineren Shapingmaschinen findet sich fast durchweg die Anordnung, daß unter dem Stößel im Maschinenbett eine Oeffnung ist, durch die man lange Stücke hindurchstecken kann, um z.B. an beliebiger Stelle eine Keilnut einhobeln zu können. Es werden dann oft die Kurbel- oder Zahnstangenantriebe doppelt und symmetrisch zu dieser Aussparung angeordnet. – Neben den einfachen Anordnungen werden vorteilhaft Doppelshapingmaschinen mit zwei getrennt angetriebenen und arbeitenden Stößeln gebaut. Eine Ausführung der Deutschen Werkzeugmaschinenfabrik vorm. Sondermann & Stier, Chemnitz, zeigt Fig. 12. Ueber die ausführliche Beschreibung einer derartigen Maschine vgl. [3].

Zum Abschrägen der Ueberlappungsflächen von Platten, Schiffsblechen werden u.a. von E. Schieß, Düsseldorf-Oberbilk, Doppelshapingmaschinen mit schräg einstellbaren Stößeln gebaut. Die Stößel können hierbei nach oben um 15°, nach unten um 10° gegen die Horizontale verstellt werden, und sind zu diesem Zweck die Gleitbahnen in dem Bettschlitten in einer Kreisbogenführung gelagert, die durch Schneckenradübersetzung und Zahnsegment von Hand einstellbar sind.

Eine von der gleichen Firma gebaute Sonderkonstruktion dient zur Bearbeitung von Radspeichen. Hierbei wird das Werkstück auf einen mittels Schneckengetriebs drehbaren Tisch gespannt, der in der Hobelrichtung verstellbar ist und gegen die Horizontale geneigt werden kann, um konische Flächen hobeln zu können.

Für die Bearbeitung ganz schwerer Stücke ist die in Fig. 13 dargestellte Feilmaschine von Collet & Engelhard, Offenbach a. M., gebaut. Dabei werden die Werkstücke nicht auf einstellbaren Winkeln u.s.w., sondern auf einer festen Bodenplatte beteiligt. Die Stößelführung ist nicht nur in wagerechter Richtung längs des Bettes, sondern auch in lotrechter Richtung verstellbar. Der Antrieb erfolgt von einem 25 PS. starken Motor am Kopf des Ständers aus mittels Stirnradübersetzungen auf eine stehende, längsgenutete Welle. Die hin und her gehende Bewegung des Stößels erfolgt durch Zahnstangenantrieb, die Umsteuerung durch Riemenverschiebung. Die Schallbewegungen sind von einer Kurbelscheibe abgeleitet.

Literatur: [1] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1902, S. 825. – [2] Ebend. 1901, S. 670. – [3] Fischer, H., Die Werkzeugmaschinen, 2. Aufl., Bd. 1, Berlin 1905, S. 257.

E. Treiber.

Fig. 1., Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.

Fig. 13.