KOPIERFRäSEINRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Verwendung von Kopierfräsmaschinen zur Herstellung von Werkstücken mit komplizierter Form gehört zum bekannten Stand der Technik. Dabei wird mittels eines Tastelementes ein ebenes oder räumliches Modell mechanisch abgetastet, wobei die Auslenkungen des Tasterelementes massstabsgetreu auf ein Werkzeug übertragen werden. Durch das derart geführte Werkzeug, z.B. Fräswerkzeug ist somit aus einem Rohling ein zum Modell identisches Bauteil herstellbar. Für die Herstellung kleiner Bauteile werden die Bewegungen des Tastelementes mechanisch, z.B. mittels eines Pantographen auf das Werkzeug übertragen.

Als Pantograph wird üblicherweise eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine zur Verschiebung eines Tastelementes massstabsgetreue und parallele Verschiebung eines Werkzeuges gestattet, so dass durch Verschieben des Tastelementes auf einem zwei- oder dreidimensionalen Modell mittels eines Werkzeuges, z.B. Fräsers je nach gewähltem Abbildungsmassstab ein geometrisch identisches oder ähnliches Bauteil herstellbar ist. Ein mechanischer Pantograph umfasst im wesentlichen Stäbe, welche mittels Drehgelenken zu einem beweglichen Parallelogramm zusammengefügt werden. Die Drehachsen der Drehgelenke stehen alle senkrecht zu einer Ebene, wobei das Tastelement und das Werkzeug parallel zu dieser Ebene geführt werden. Insbesondere bei der Anwendung in Kopierfräsmaschinen sind solche Pantographen in einer Ebene oder im Raum bewegbar und sind dazu um eine zu den Drehachsen senkrecht stehende Schwenkachse (Ebene) oder um zwei zueinander und zu den Drehachsen senkrecht stehende Schwenkachsen (Raum) bewegbar. Die Wahl des Abbildungsmassstabes wird durch den Abstand zwischen Tastelement und Werkzeug festgelegt, wobei dieser Abstand beispielsweise mittels eines oder mehrerer Schieber einstellbar ist.

Durch das Gewicht des Pantographen und dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Pantographen und der horizontalen Schwenkachse wird ein Drehmoment erzeugt,

welches durch die Anpresskraft des Werkzeuges auf das Werkstück, die Anpresskraft des Tastelementes auf das Modell und/oder manuell kompensiert werden muss. Da sich der Abstand des Schwerpunktes zu der senkrecht zu den Drehachsen der Drehgelenke stehenden Schwenkachse mit einer Verlängerung, respektive Verkürzung der Diagonalen des Pantographen verändert, variiert auch das zu kompensierende Drehmoment.

Zur Herstellung von zahnmedizinischen Werkstücken, wie beispielsweise Inlays, Onlays, Abutments und Kronen, werden neben den bekannten Füllungswerkstoffen wie Dentalamalgane und Gold immer häufiger oxidkeramische Werkstoffe eingesetzt, welche sich durch eine grosse Härte auszeichnen. Das Verarbeiten solcher Werkstoffe, beispielsweise Zirkondioxid, ist verhältnismässig aufwendig. Werden bereits fertig gesinterte Formrohlinge verwendet, dauert der Kopierfräsvorgang aufgrund der grossen Härte der oxidkeramischen Werkstoffe entsprechend lange, was bei der Verwendung von manuell zu betätigenden Kopierfräsmaschinen auch wegen des zu kompensierenden Drehmomentes zu Ungenauigkeiten führt.

Eine Kopierfräseinrichtung mit einem Drehmomentausgleich ist aus der WO 2006/067630 STEGER bekannt. Das durch das Gewicht des Pantographen erzeugte Drehmoment um die horizontale Schwenkachse wird hier mittels einer eine Feder aufweisenden Aufhängvorrichtung ausgeglichen, so dass der Pantograph vertikal in einer Ruhestellung gehalten wird. Diese bekannte Aufhängevorrichtung ist allerdings a) voluminös und b) verfügt über keine Schwingungsdämpfung.

Solche Schwingungen, welche während des Bearbeitungsvorganges durch diagonale Verlängerungen, respektive Verkürzungen des Pantographen variierende Drehmomente hervorrufen, müssen durch Anpresskräfte des Werkzeuges und der Tastmittel und/oder durch manuelle Kräfte kompensiert werden. Dies ist insbesondere bei der Bearbeitung von oxidkeramischen Werkstoffen, z.B. Zirkondioxid in der zahnärztlichen Technik von Bedeutung, da hier eine lange Bearbeitungszeit wegen der grossen Härte des Werkstoffes notwendig ist und eine andauernde manuelle

Kompensation dieses Drehmomentes und damit der Anpresskraft des Tastelementes, respektive des Werkzeuges zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung führen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Mitteln herzustellen, welche die bei solchen Pantographen auftretenden Unterschiede der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte dämpfen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Werkzeugmaschine, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine:

- Variationen der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte gedämpft werden. Dies ist insbesondere für die Bearbeitung von harten oxidkeramischen Materialien günstig, das auch bei lange andauernden Bearbeitungszeiten ein exaktes Nachführen des Tastmittels ermöglicht wird;

- eine kostengünstige und einfache Kopierfräsmaschine herstellbar ist; und

- eine manuelle Bedienung möglich ist, welche und auch bei komplizierten und damit zeitintensiveren Kopierfräsvorgängen eine exakte Nachbildung des Modellkörpers erlaubt.

In einer weiteren Ausführungsform ist in einem Abstand B > 0 zur Schwenkachse und zwischen dem Kompensationsarm und der Grundplatte mindestens ein Schwingungsdämpfer angeordnet. Damit sind die Vorteile erreichbar, dass

- Schwingungen der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte gedämpft werden. Dies ist insbesondere für die Bearbeitung von harten oxidkeramischen Materialien günstig, das auch bei lange andauernden Bearbeitungszeiten ein exaktes Nachführen des Tastmittels ermöglicht wird;

- eine kompakte Bauweise insbesondere auch der Kompensationsmittel ermöglich wird, da die Anordnung des Schwingungsdämpfers den Einsatz einer Feder mit

steiler Federkennlinie (grosser Federkonstante) und somit eines kurzen Kompensationsarmes ermöglicht;

- eine Reduzierung des „Nachfedems" erreichbar ist, welche zu einer Beschädigung des Werkstückes führen kann; und

- die Schwingungsdämpfer aufgrund deren Anordnung neben der dämpfenden Wirkung auch einen nützliche Einfluss auf die Federkraft aufweisen, nämlich dass sich die Federkraft bei Verkürzung des Pantographen verringert und sich bei Verlängerung des Pantographen erhöht. Somit ist die Höhe /Schwebelage des Pantographen bei dessen Verkürzung und Verlängerung immer gleich.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Pantograph zusammen mit dem Kompensationsarm um ein zweites Schwenklager schwenkbar mit der Grundplatte verbunden, wobei die Achse des zweiten Schwenklagers senkrecht zur Achse des ersten Schwenklagers und parallel zu den Drehachsen steht. Diese Ausführung gestattet den Vorteil, dass eine räumliche Bewegbarkeit der Tastmittel und des Werkzeuges und somit ein Kopieren von dreidimensionalen Modellen ermöglicht wird.

In einer anderen Ausführungsform ist der senkrecht zur Achse des ersten Schwenklagers gemessene Abstand B zwischen dem mindestens einen Schwingungsdämpfer und der Achse des ersten Schwenklagers variierbar. Der Vorteil dieser Ausführung besteht im wesentlichen darin, dass die Dämpfungskraft variierbar ist, wobei gilt: je grösser der abstand desto grösser die Dämpfungskraft.

In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine mit zunehmender Federkraft der Feder progressiv ansteigende Dämpfungskraft auf, so dass grosse Verlängerungen des Pantographen stärker gedämpft werden.

In wiederum einer anderen Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine Dämpfungskraft von mindestens 48 N auf.

In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine Dämpfungskraft von maximal 52 N auf.

In einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Federkonstante von mindestens 2'2OO N/m auf.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform weist die Feder eine Federkonstante von maximal 2'500 N/m auf.

In einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Länge von mindestens 0,13 m auf.

In wiederum einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Länge von maximal 0,14 m auf.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Tastmittel und/oder das Werkzeug an einem der dem Schwenklager gegenüberliegenden Stäbe befestigbar.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschine einen Support für das Modell und das Werkstück, mittels welchem das Modell und das Werkstück um eine quer zu den Drehachsen stehende Rotationsachse drehbar, vorzugsweise über einen Winkel von 360°, an der Werkzeugmaschine angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausführung liegt im wesentlichen darin, dass der Support zur Befestigung eines zu bearbeitenden Werkstückes dient, wobei die Befestigung beispielsweise durch Ankleben erfolgt. Meist wird an einem solchen Support auch das Modell befestigt. Um zu verhindern, dass die beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Späne den Arbeitsvorgang behindern, umfasst der Support in einer Ausführungsform eine Platte, welche mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, die derart angeordnet ist, dass die Späne durch sie hindurchfallen.

Ferner können die Späne unterhalb dieser Platte abgesaugt werden, wodurch der Arbeitsvorgang, welcher oberhalb der Platte abläuft, nicht behindert wird.

Beispielsweise kann die Platte eine öffnung aufweisen, welche zur Aufnahme des Werkstückes ausgebildet ist. Die Befestigung des Werkstückes kann mittels Klebepunkten erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Lage des Modells und des Werkstückes in Stufen veränderbar.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform sind das Modell und/oder das Werkstück vorzugsweise drehbar mittels eines vorzugsweise scheibenförmigen Haltelementes am Support anbringbar. Das vorzugsweise scheibenförmige Halteelement kann an der Platte lösbar befestigbar sein, wobei das Halteelement die öffnung für das Werkstück aufweist. Diese Massnahme gestattet es, das Werkstück ausserhalb der Platte am Halteelement anzubringen und dann das Halteelement samt Werkstück an der Platte zu befestigen.

In einer anderen Ausführungsform ist mindestens das Modell in eine Aufnahmeöffnung eines scheibenförmigen Halteelementes aus Kunststoff eingeklebt, wobei der Umriss der vorzugsweise gefrästen Aufnahmeöffnung der Kontur des Modells angepasst ist.

In wiederum einer anderen Ausführungsform erfolgt die Befestigung des Halteelements an der Platte durch zweiteilige Einsätze. Diese zweigeteilten Einsätze können um vertikale Achsen gedreht werden, beispielsweise mit einer 90°-Teilung, und werden mittels zweier Schrauben fixiert. Dabei ist der obere Teil des Einsatzes so gestaltet, dass durch leichtes Lösen der beiden Schrauben und Drehen des Oberteiles um wenige Grade die scheibenförmigen Halteelemente sehr schnell gewechselt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Halteelement einen kreisförmigen Umfangsrand auf. Dies ermöglicht den Vorteil einer leichteren Verdreh barkeit des Halteelements um eine vertikale Achse.

In einer wiederum einer anderen Ausführungsform ist das Halteelement in Form eines Ringes ausgebildet, wobei vorzugsweise der Ring von zwei Stegen so durchquert wird, dass der Innenbereich des Ringes drei öffnungen aufweist. Durch diese Ausgestaltung ist der Vorteil erreichbar, dass die zentrale öffnung zur Befestigung des Werkstückes dienen kann, während die beiden flankierenden öffnungen die Durchgangsöffnungen für den beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Staub bilden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Halteelement eine Aufnahme für ein Werkstück und eine Durchgangsöffnung auf.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschine eine direkt an der Platte angebrachte Absaugvorrichtung für den beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Staub.

In wiederum einer anderen Ausführungsform umfasst das Werkzeug ein Fräselement und die Tastmittel ein Tastelement.

In einer weiteren Ausführungsform sind das Werkzeug und die Tastmittel mindestens im Bereich des Modells bzw. des Werkstücks gleich geformt, wobei Durchmesser und Länge des Werkzeuges proportional grösser, zwischen 10 % und 40 %, vorzugsweise etwa 25 %, als der Durchmesser und die Länge der Tastmittel sind.

In einer anderen Ausführungsform sind die Spitzen des Fräselementes und des Tastelementes sich endständig erweiternd, vorzugsweise konisch ausgebildet.

In wiederum einer anderen Ausführungsform weist die Grundplatte eine Unterseite auf, woran ein Drehmechanismus zum Drehen der Grundplatte um eine zur Achse des zweiten Schwenklagers parallele Achse angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Drehmechanismus einen Drehelement und mindestens ein Bremselement.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Pantograph ohne Aufhängevorrichtung zum Ausgleich von Drehmomenten um die erste Schwenkachse realisiert.

Die Werkzeugmaschine kann zur Bearbeitung von Werkstücken aus Zirkondioxid verwendet werden.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kompensationsarmes der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines das Werkstück und das Modell aufnehmenden Supportes für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine; und

Fig. 4 ein Diagramm mit der Bewegungscharakteristik der Kompensationsmittel und des Pantographen der in den Fig. 1 - 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient als Kopiervorrichtung zu einer Werkzeugmaschine und umfasst im wesentlichen einen handelsüblichen Pantographen 1, mittels welchem ein Werkzeug 10, z.B. ein rotierendes Fräswerkzeug durch ein Tastmittel 8, z.B. ein stiftförmiges Tastelement parallel und massstabsgetreu bewegbar ist. Dazu wird das Tastelement auf der Oberfläche eines räumlichen Modells 9 (Fig. 3) angelegt und auf dieser manuell verschoben. Das Werkzeug 10 wird mittels des Pantographen 1 parallel zum Tastmittel 8 verschoben, wobei sich mittels einer Verschiebung der relativen Position zwischen Werkzeug 10 und Tastmittel 8 der geometrische Abbildungsmassstab einstellen lässt (Pfeil Z in Fig. 1), in welchem das auf diese Weise gefertigte Werkstück 13 (Fig. 3) zum Modell 9 steht. Im Falle eines Abbildungsmasstabes 1 : 1 wird ein geometrisch identisches Werkstück 13 erstellt. Der Pantograph 1 umfasst vier parallelogrammartig angeordnete Stäbe 21a;21b;21c;21d, welche mittels an den Endstücken der Stäbe 21a;21b;21c;21d angeordneten Drehgelenken 20a;20b;20c;20d bewegbar miteinander verbunden sind. Die Drehachsen

22a;22b;22c;22d der Drehgelenke 20a;20b;20c;20d sind parallel zueinander angeordnet. Am ersten Drehgelenk 20a ist ein Verbindungsteil 19 befestigt, welches schwenkbar mit einem ersten Schwenklager 3 verbunden ist. Die Schwenkachse 5 dieses ersten Schwenklagers 3 steht quer zu den Drehachsen 22a;22b;22c;22d. Ferner ist das Verbindungsteil 19 über ein zweites Schwenklager 4 derart am ersten Drehgelenk 20a befestigt, dass der Pantograph 1 relativ zum Verbindungsteil 19 um eine zu den Drehachsen 22a;22b;22c;22d parallele Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 schwenkbar ist, wobei die Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 hier mit der ersten Drehachse 22a zusammenfällt. Die hier schematisch dargestellte Kopiervorrichtung ist auf der tragenden Deckfläche 12 einer Grundplatte 11 angeordnet, derart dass das erste Schwenklager 3 und Befestigungsmittel 7 für die Aufnahme und Fixierung eines Modells 9 und eines zu bearbeitenden Werkstückes 13 auf der Deckfläche 12 aufliegen und an der Grundplatte 11 fixierbar sind. Zur Erstellung eines zum Modell 9 geometrisch identischen oder geometrisch ähnlichen Werkstückes 13 sind die Tastmittel 8 zur Geometrie des Fräswerkzeuges geometrisch ähnlich ausgebildet, d.h. in ihrer Grosse proportional verkleinert oder vergrössert.

Ferner ist der Pantograph 1 mit Kompensationsmitteln 18 verbunden, welche durch das Gewicht des Pantographen 1 erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 ausgleichen. Die Kompensationsmittel 18 umfassen einen am Verbindungsteil 19 fixierten Kompensationsarm 2, welcher sich in der hier dargestellten Ausführungsform quer zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 und senkrecht zur Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 auf der dem Pantographen 1 gegenüberliegenden Seite des ersten Schwenklagers 3 erstreckt. In einem Abstand A (Fig. 2) zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 ebenfalls auf der dem Pantographen 1 gegenüberliegenden Seite des Schwenklagers 3 ist eine Feder 14 angeordnet, mittels welcher der Kompensationsarm 2 mit der Grundplatte 11 verbunden ist. Die derart ausgestalteten, den Kompensationsarm 2 und die Feder 14 umfassenden Kompensationsmittel 18 ermöglichen somit durch das Gewicht des Pantographen 1 erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 auszugleichen. Zudem ist in einem Abstand B < A (Fig. 2) zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 und ebenfalls auf der dem Pantographen 1

gegenüberliegenden Seite des Schwenklagers 3 ein Schwingungsdämpfer 15 angeordnet.

Der Pantograph 1 ist derart ausgebildet, dass der erste und der zweiten Stab 21a;21b an ihren ersten Endstücken mittels des ersten Drehgelenkes 20a um die Drehachse 22a des ersten Drehgelenkes 20a schwenkbar miteinander verbunden sind, während das erste Endstück des dritten Stabes 21c um die Drehachse 22b des zweiten Drehgelenkes 20b mit dem zweiten Endstück des zweiten Stabes 21b schwenkbar verbunden ist und das erste Endstück des vierten Stabes 21 d um die Drehachse 22c des dritten Drehgelenkes 20c schwenkbar mit dem zweiten Endstück des ersten Stabes 21a verbunden ist. Die zweiten Endstücke des dritten Stabes 21c und des vierten Stabes 21 d sind um die Drehachse 22d des vierten Drehlagers 2Od schwenkbar mit letzterem und miteinander verbunden. Die Tastmittel 8 und das Werkzeug 10 sind in der hier dargestellten Ausführungsform des Pantographen 1 an einer koaxialen Verlängerung des dem ersten, respektive zweiten Schwenklager 3;4 gegenüberliegenden, dritten Stabes 21c koaxial verschiebbar und lösbar fixierbar angeordnet.

Wie in Fig. 3 dargestellt umfasst die Kopiervorrichtung zu einer Werkzeugmaschine Befestigungsmittel 7 mit einem Support 25 für das Modell 9 und das Werkstück 13. Dieser Support 25 umfasst im wesentlichen eine Platte 29, welche um eine parallel zur Deckfläche 12 der Grundplatte 12 und quer zu den Drehachsen 22 der Drehgelenke 20 des Pantographen 1 stehende Rotationsachse 26 rotierbar ist und mittels zwei Lagerkörpern 31;32 mit der Grundplatte 11 verbunden ist. Damit ist das Modell 9 und das Werkstück 13 um eine quer zu den Drehachsen 22 der Drehgelenke 20 des Pantographen 1 stehende Rotationsachse 26 drehbar. Diese Rotierbarkeit des Modells 9 und des Werkstückes 13 relativ zur Grundplatte 1 erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkel von 360°, so dass die Tastmittel 8 und das Werkzeug 10 in einer für den Benutzer geeigneten Weise geführt werden können. Ferner werden das Modell 9 und das Werkstück 13 mittels je eines scheibenförmigen Haltelementes 27;28 senkrecht zur Rotationsachse 26 drehbar in der Platte 29 und somit am Support 3 gelagert. Die Halteelemente 27;28 sind je mittels einer Feststellschraube 33;34 bezüglich ihrer Rotierbarkeit lösbar fixierbar.

Wie in Fig. 4 dargestellt bewirkt die Dämpfung ein langsameres Zurückschnellen der Feder 14 bei deren Entlastung. Im dargestellten Diagramm entspricht der Abstand X dem senkrecht zur Deckfläche 12 der Grundplatte 11 (Fig. 3) gemessenen Abstand zwischen dem Kompensationsarm 2 und der Deckfläche 12 der Grundplatte 11 , wobei die Linie U eine ungedämpfte Ausführung darstellt während die Linie G den Verlauf mit Dämpfung darstellt. Die Verkürzungen oder Verlängerungen dieses Abstandes X sind direkt proportional zu änderungen der Höhe/Schwebelage H des Pantographen 1.