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Donnerstag, 20. Juli 2017

Tipp: Arbeiten mit Kopierringen (an Schablonen)

Mit keinem anderen Elektrowerkzeug lassen sich so einfach Kopien von Werkstücken, egal ob eckig, rund oder geschwungen herstellen, wie mit der Oberfräse. 
Ein Mal eine Schablone hergestellt und danach kann diese beliebig oft kopiert werden.

Die einfachste Variante ist dabei die Verwendung eines Bündigfräsers. 
Vorteil von diesem: Es lassen sich exakte 1:1 Kopien herstellen, da das Anlauflager den gleichen Durchmesser hat, wie der Fräser.
Nachteil: Es muss immer mit der vollen Frästiefe gearbeitet werden und ein Eintauchen ist mal eben nicht möglich.

Auf kurz oder lang stolpert der Oberfräsen süchtige Holzwerker über die Kopierringe oder auch Kopierhülse genannt.
Vorteil von diesen: Es kann mit beliebigen Frästiefen gearbeitet werden, auch ist ein Eintauchen irgendwo in Fläche völlig unproblematisch. Es können auch Profil- oder andere Fräser verwendet werden, z.B. um Rillen oder Muster zu fräsen.
Nachteil: Genaue 1:1 Kopien sind nicht möglich aber dazu weiter unten mehr.

Wer viel mit Schablonen arbeitet, der hat mit der Zeit eine Sammlung von Kopierringen zusammen. Diese gibt es in unterschiedlichen Durchmessern, von unter 10mm bis zu 40mm und darüber.









Kleiner Tipp: Um die Kopierringe leichter identifizieren zu können, habe ich deren Durchmesser mit einem Permanentmarker auf diesen notiert. Das erspart ein Messen.










Für einige Oberfräsenmodelle wie z.B. die OF 1400 von Festool gibt es Adapter um die in Übersee verbreiteten "Porter Cable" Hülsen verwenden zu können. 
Das kann interessant werden, wenn manche Zinkenfräseinrichtungen verwendet werden sollen, die auf zöllige Hülsendurchmesser ausgelegt sind.







Diese zweiteiligen Porter Cable Kopierringe werden einfach mit der Überwurfmutter in dem Adapter befestigt und zentrieren sich selbst.










Da ich es gerade angesprochen habe, komme ich auch nun zu einem sehr wichtigen Thema, wenn es um genaues Arbeiten mit Kopierringen geht, deren Zentrierung.
Ist ein Kopierring nicht genau zentrisch zur Fräserachse eingesetzt und wird die Oberfräse beim Abfahren der Schablone gedreht, kommt es zwangsläufig zu Ungenauigkeiten. Je nach Endrodukt, kann das problematisch sein (Beispiel: Zinkenverbindungen oder Einlegearbeiten).

Oberfräsen der gehobenen Klasse, wie z.B. die OF 1400 und OF 2200 von Festool verfügen ab Werk über eine selbstzentrierende und werkzeuglose Kopierringaufnahme.










Die Kopierringe sitzen dabei spielfrei in einem passgenau gefrästen Sitz in der Grundplatte der Maschine.











Bei der OF 2200 wird der Kopierring durch die aufgeclipste Grundplatte gehalten und bei der OF 1400 über zwei Rasten. Entrieglungshebel im Bild.










Bei einfachen Modellen, wie z.B. die OF 1010 erfolgt die Kopierringbefestigung nicht selbstzentrierend und werkzeuglos, ...











... sondern sie wird mit Hilfe zweier Schrauben in der Grundplatte der Fräse befestigt.











Der Kopierring hat bei diesen Modellen in ihrem Sitz mehr oder weniger Luft und muss manuell zentriert werden, ansonsten kann sie deutlich außermittig montiert werden und Ungenauigkeiten beim Fräsergebnis sind vorprogrammiert.









Die Zentrierung erfolgt mit einem speziellen Zentrierdorn mit kegelförmiger Spitze.

Dieser wird anstelle eines Fräsers in die Spannzange eingesetzt und leicht festgezogen.
Anschließend senkt man die Oberfräse soweit ab, bis der Kopierring durch den Zentrierdorn genau mittig zum Fräser ausgerichtet wird. Danach können die beiden Schrauben festgezogen werden.







Die Schraubbefestigung ist immer noch die gängige, weil einfach und billig herzustellende, Methode. Beim Kauf von Oberfräsen, wenn der Einsatz von Kopierringen geplant ist, sollte darauf geachtet werden, dass sich diese zentrieren lassen. Es gibt Hersteller, die verwenden geschraubte Hülsen, die sich aber nicht  manuell zentrieren lassen (Metabo z.B.) Wenn man Glück hat, sitzt die Kopierhülse exakt, wenn nicht, dann ist es suboptimal um es vorsichtig auszudrücken.


Hinweis:

Die Befestigung der  Kopierringe muss dabei immer mit Flackkopfschrauben erfolgen,  nicht mit Senkkopfschrauben. Deren Kopf würde beim Anziehen die Zentrierung beeinflussen. Logisch.










Bevor es an das unbeliebte Thema Mathematik geht, noch zwei kleine Hinweise.

Beim Arbeiten mit Schablonen, egal ob diese außen oder innen abgefahren werden, gilt das Gleiche wie bei allen anderen Fräsarbeiten: Immer im Gegenlauf fräsen. 

Hilfreich ist da die "Rechte Hand-Regel": Handrücken nach oben, Daumen Richtung Schablonenkante und der ausgestreckte Zeigefinger weißt in die Fräsrichtung.










Als nächstes sollte darauf geachtet werden, dass der Kopierring zur Schabone passt, bzw. diese entsprechend der vorhandenen Kopierringe entworfen wird.

Hier ein vereinfachtes Beispiel, der (viel) zu große Kopierring, passt nicht in die Kontur der Schablone. Durch vorangehende Planung kann so etwas aber problemlos verhindert werden.










Jetzt aber an drei grundlegenden Beispielen, das was die Verwendung von Kopierringen etwas schwieriger macht, als der Einsatz eines Bündigfräsers.
Und das ist die nicht änderbare Tatsache, dass der Kopierring zwangsläufig einen größeren Durchmesser aufweisen muss, als der Fräser. Logisch, der Fräser muss ja durch den Kopierring hindurch passen. 
Dadurch ist es nicht möglich eine Schablone genau 1:1 zu kopieren. Je nachdem ob es eine Außen- oder Innenschablone (Wo wird sie von dem Kopierring abgefahren?) ist die Fräsung entweder etwas kleiner oder größer wie das Original, also die Schablone.
Dieser Tatsache muss man bei der Herstellung der Schablone Rechnung tragen, im wahrsten Sinne des Wortes.
Manche schreckt die Rechnerei etwas ab, aber wenn man mal das "System dahinter" verstanden hat, ist es ganz einfach und je öfter man damit arbeitet, umso mehr geht es einem in Fleisch und Bllut über.

Die Grundzutaten für die Berechnung sind neben der Größe des späteren Endprodukts, nur zwei wichtige Maße: Der Durchmesser des Fräsers und natürlich der Durchmesser der Kopierhülse.

Und mit diesen beiden Maßen kommt man zu DEM Wert, den man braucht um die Schablone zu berechnen. Das ist ganz einfach die Differenz von Kopierring und Fräser.

Also:


Differenzwert zur Berechnung = Durchmesser Kopierring - Durchmesser Fräser

( Je nachdem ob die Schablone beidseitig abgefahren wird oder nur auf einer Seite, wird dieser errechnete Wert direkt genommen oder er muss noch halbiert werden. )

Das ist im Prinzip schon alles.
Wenn man etwas mit verschiedenen Kopierhülse/Fräser-Kombinationen herumgespielt hat, findet man sicher ein Pärchen, was es einem ermöglicht eine Schablone mit nicht zu krummen Maßen anzufertigen.

Wenn es an die erste Anschaffung von Kopierringen und evtl. längeren Nutfräsern (am besten mit Grundschneide) geht, sollte am besten je eine(r) mit geradem und ungeradem Durchmesser gekauft werden. Das verhindert, dass man bei den Schablonen später welche mit halben Millimeter Maß herstellen muss.

Das erste Beispiel ist auch das einfachste. 
Mittels Schablone soll nur auf einer Seite etwas an einem Werkstück weggefräst werden.
Dann gilt folgendes:

Die Schablone muss um die Hälfte der Differenz von Kopierring und Fräser KLEINER als das Werkstück sein bzw. zurück gesetzt werden.

Hier im Bild nochmal verdeutlicht dargestellt inkl. der entsprechenden Formel. 
Gut zu erkennen anhand der Bemaßungslinien, die Hälfte der Differenz zwischen Kopierring und  Fräser.



Das nächste Beispiel ist eine Innenfräsung, z.B. eine Aussparung für einen Spiegel.

Die Schablone muss dabei um das Maß der Differenz Kopierring und Fräser GRÖßER sein, als die auszufräsende Öffnung oder Vertiefung.

Hier im Bild grafisch dargestellt + Formel.
Um die Formel der Differenz mit den beiden Bemaßungslinien im Einklang zu bringen, habe ich diese mit  2 x (DK-DF)/2 dargestellt. 2 x 1/2 gibt natürlich 1. Aber so lässt sich besser der Zusammenhang erkennen.





Das dritte Beispiel ist eine Außenfräsung, z.B. wenn ein Werkstück kopiert werden soll.

Die Schablone muss dabei um das Maß der Differenz von Kopierring zu Fräser KLEINER sein, als das später gewünschte Werkstück.

Hier im Bild grafisch dargestellt + Formel. Um die Formel der Differenz mit den beiden Bemaßungslinien im Einklang zu bringen, habe ich diese mit  2 x (DK-DF)/2 dargestellt. 2 x 1/2 gibt natürlich 1. Aber so lässt sich besser der Zusammenhang erkennen.




Das sind die drei Fälle, die einem in der Praxis am meisten über den Weg laufen. Sonderfälle wie Mutter-Tochter Schablonen um zwei geschwungene Werkstücke passgenau aufeinander abzustimmen oder die Herstellung von geschwungenen Füllungen für ebenfalls geschwungene Rahmenverbindungen sind da schon eine Ecke schwieriger und sollen in diesem Artikel nicht das Thema sein. Ein andermal dann.


Soll die Schablone nicht zur Herstellung von Aussparungen oder zum Kopieren eines Werkstückes, sondern zum Verzieren, beispielsweise durch V-Nuten oder Hohlkehlen verwendet werden, gilt:
Fräsermittelpunkt = Durchmesser Kopierhülse / 2

Klar wie Kloßbrühe, aber ich wollte es trotzdem erwähnen.


Schablonen finden auch immer dann Anwendung, wenn Einlegearbeiten hergestellt werden sollen. Sei es um Fehlstellen zu flicken oder um ein anders farbiges Holz einzuarbeiten.
Vom Prinzip her, gilt bei solchen Arbeiten das gleiche, wie oben im Beispiel 2 und 3 gezeigt, mit der Schwierigkeit, dass solche Arbeiten absolut passgenau ausgeführt werden müssen, sonst sieht das später nichts aus.
Für solche Einlegearbeiten braucht es entweder zwei Satz zueinander passender Kopierring/Fräser Kombinationen (mit dem einen Satz wird die Öffnung gefräst und mit dem anderen der Einleger). Das bedarf aber einigem Rechnen und der passenden Kopierringen und Fräser zudem besteht die Gefahr, dass beim Fräsen des Einlegers mittels Innenschablone schnell gewackelt und in den Einleger gefräst wird. Nicht so die tolle Methode aber machbar.
Oder man arbeitet mit zwei Schablonen, das ist die gängige Technik. Bedarf aber einem höherem Zeit und Materialaufwand um die Schablonen herzustellen.

Oder gibt es da noch ne andere, noch einfachere Methode?
Ja die gibt es. Erspart einem ein Arbeitsgang bei den Schablonen, darüber hinaus auch ein Rechnen und die Teile passen immer zusammen.
(Diese sollte bei allen Formen funktionieren, die keine Ecken haben (Innenecken eckig fräsen geht ja bekanntlich nicht))

Der "Trick" dabei ist die Verwendung einer Kombination an Kopierring und Fräser, bei dem die Differenz der beiden, genau dem Fräserdurchmesser entspricht.
Und das funktioniert? Probieren wir es einfach aus. 

Als Beispiel die Aufgabe eine runde Platte passgenau in ein Werkstück einsetzen.
Mit diesem Trick kann einfach der Durchmesser des späteren Einlegers als Durchmesser genommen werden mit dem z.B. der Fräszirkel eingestellt wird (Mitte Fräser). Daher kein Rechnen erforderlich.
Sagen wir, der Einleger soll 120mm sein.

In meinem Beispiel ne 40er Hülse und ein 20mm Nutfräser. Differenz ist DK-DF, also ebenfalls 20mm.











Hier das Material und die Oberfräse.













Der Fräszirkel, in dem Fall die Festool MFS wird auf den Durchmesser des Einlegers eingestellt, also Radius 60mm.













Anmerkung: 

Sollte sich hier eine Ungenauigkeit einschleichen ist das weiter kein Problem, da beide Schablonen gleichzeitig gefräst werden, gleicht sich das aus. Das ist ja der große Vorteil dieser Methode. Passt immer.


Ein Mal rum und beide Schablonen sind in einem Arbeitsgang ausgefräst.












Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser. Also kurz checken:

Innendurchmesser 140mm - 20mm Differenz, sollte passen.











Außendurchmesser 100mm +20mm Differenz schaut auch gut aus.













Weiter gehts. Mit der Innenschablone wird der Platz für die Einlegeplatte ausgefräst

 












Und wie man sieht, das gefräste Endergebnis ist exakt 20mm kleiner als die Schablone und entspricht den gewollten 120mm.











Als nächstes wird noch mit der Außenschablone der Einleger ausgefräst.












Anmerkung: 

Man sollte sicherheitshalber Schablonen immer so konzipieren, dass möglichst das Werkstück nicht durch Unachtsamkeit  unbrauchbar gemacht werden kann. Also Innenaussparungen mit Schablonen herstellen, die innen abgefahren werden und Außenschablonen für Kopierarbeiten oder wie in diesem Fall Einleger. 
Man kann ja immer nur von der Schablonenkante weg abrutschen oder abtriften, wählt man die Schablonenart passend aus, passiert dem eigentlichen Werkstück aber nichts, was dieses unbrauchbar machen würde. Je nachdem, die Schablone einfach noch einmal abfahren.


So jetzt wollen wir  zum Schluss auch schauen ob die Theorie des Tricks stimmt und wir auch sauber gearbeitet haben.

Ich würde mal sagen, die Teile passen saugend zusammen.












Und ein so gut wie perfektes Ergebnis.





Ich hoffe Euch hat der "kleine" Ausflug in die Welt der Kopierringe und Schablonen gefallen und ich habe alles verständlich rüber gebracht.
Sollten noch Fragen auftauchen, schreibt mir einen Kommentar.





Kommentare:

  1. Hallo Michael! Das klingt alles ziemlich komplex und spannend gleichzeitig. Vielen Dank für deine Tipps! Ich find, dass du das wirklich gut erklärt hast. Wir werden das auch demnächst auf unserer Facebookseite (https://www.facebook.com/machmalwasduwillst) teilen, um das Wissen weiterzugeben! :-) Liebe Grüße, Kathreen von "Mach mal"

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  2. Oh Gott..Mathematik :D
    Ich glaube besser kann man das Fräsen mit Kopierringen und Schablonen nicht erklären.
    Bin mir sicher das du den ein oder anderen Festool Anwendungstechniker gegen die Wand spielen würdest.

    Danke für den Bericht.

    Gruß
    Waldemar

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  3. Ein sehr informativer Beitrag, danke!
    ABER:
    Du schreibst: "Hilfreich ist da die "Rechte Hand-Regel": HandFLÄCHE nach oben, Daumen Richtung Schablonenkante und der ausgestreckte Zeigefinger weißt in die Fräsrichtung."
    Auf dem Bild ist aber der HandRÜCKEN oben!

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    1. Hallo Unbekannt,

      Tatsache, da ist mir ein Fehler passiert.
      Danke für den Hinweis, habe es korrigiert.

      Grüße
      Michael

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  4. Danke, sonst könnte ein unbedarfter Leser vielleicht auf die Idee kommen er bräuchte die Hand bloß umzudrehen anstatt auf die andere Seite zu gehen...

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  5. Hallo Michael!

    Ich habe nach einer Bezugsquelle der Vorgestellten Porter Cable Kopierring gesucht und nichts gefunden...

    Kannst du einen Link oder ein entsprechendes Keyword nennen. Ich finde die sehr interessant! Ich quäle mich derzeit mit Adapterplatten und das zentrieren ist da immer ein Graus.

    Danke!
    Lg
    Michael

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    1. Moin,

      z.B: die da http://amzn.to/2j04FoL oder die http://www.axminster.co.uk/ujk-technology-metric-threaded-guidebush-set-502571

      Grüße
      Michael

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