Feilmaschinen sind nahezu vollständig aus den modernen mechanischen Werkstätten verschwunden. Dafür gibt es wohl mehrere Gründe: zum einen werden viele Gebrauchsgegenstände und Spielzeuge werden heute nicht mehr aus gestanzten Blechteilen, sondern überwiegend aus Spritzgußteilen hergestellt, so daß weniger Stanzwerkzeuge gebraucht werden. Die Uhren- und Schmuckindustrie verwendet aber nach wie vor Stanzteile. Für empfindliche und dünne Blechteile gibt es heute auch andere Umformverfahren, wie z.B. das Photoätzen. Aber auch die Herstellung der Matrizen und Stempel hat sich geändert. Während die Stempel durch Fräsen und Schleifen erzeugt werden können, ist das bei den Matrizen mit oft scharfen Innenecken nicht möglich. Die Feilmaschine mit ihrer Auf- und Ab-Bewegung ist dazu in der Lage. Ein neigbarer Tisch erlaubt darüberhinaus die Einarbeitung eines Freiwinkels, so daß die gestanzten Teile ungehindert aus der Matrize fallen können. Heute werden aber zur Herstellung der Matrizen neuere (CNC-)Verfahren, wie die Funken- oder Lasererosion verwendet. Handgeführte Feil- bzw. Läppmaschinen werden aber noch zur Bearbeitung von Spritzgußformen eingesetzt.
Im Uhrenbau hat die Feilmaschine aber durchaus noch viele Einsatzmöglichkeiten, vorallem zur Bearbeitung von Blechteilen mit scharfen Ecken und wenn die zu bearbeiteten Flächen in einem genau definierten Winkel zu einander liegen müssen. Die Feilmaschine kann auch als Dekupiersäge verwendet werden. Aus diesem Grund gibt es noch kleine Anbieter für Gußteile aus denen man sich eine Feilmaschine selbst bauen kann. Einige wenige, auf die Schmuckindustrie spezialisierte Hersteller bieten noch komplette Feilmaschinen an, die aber entsprechend schwer und auch teuer sind.
Einige Hersteller kleiner Drehbänke boten in der Vergangenheit Feilmaschinen an, die auf das Bett aufgesetzt und durch den Spindelstock angetrieben wurden. Eine Feilmaschine ist auch im handwerklichen Uhrenbau von Nutzen, z.B. bei der Herstellung durchbrochener Räder. Daher hat der eine oder andere eine solche Maschine passend zu den Uhrmacherdrehbänken selbst hergestellt, die nun gebraucht hohe Preise bei Liebhabern erzielen.
Feilmaschine aus dem Katalog von 1913 eines unbekannten deutschen Herstellers
Zeichnung einer Feilmaschine aus dem Katalog von 1913 eines unbekannten deutschen Herstellers
Der Bau einer Feilmaschine stand schon sei geraumer Zeit auf meiner Wunschliste. Vor einiger Zeit habe ich auch ein Los seltener (und sonst teurer) Vallorbe (http://www.vallorbe.com/) Maschinenfeilen erstehen können. Das Los enthielt runde, halbrunde, dreikantige, quadratische und rechteckige Feilen von 1 mm Durchmesser bzw. 1 mm x 1 mm Querschnit bis hinauf zu 4 mm x 4 mm mit jeweils unterschiedlichen Hieben. Im Gegensatz zu den meisten anderen Feilen haben Maschinenfeilen einen gleichbleibenden Querschnitt über die ganze Länge und Angeln an beiden Enden.
Schatzkiste mit Maschinenfeilen
Eine Auswahl unterschiedlicher Maschinenfeilen
Zunächst hatte ich daran gedacht meine nur mäßig nützliche Proxxon DS 230/E Dekupiersäge in eine Feilmaschine umzubauen. Diese Maschine hat aber keinen neigbaren Tisch und unter dem Tisch war zu wenig Raum für den Feilenhalter. Im Nachlaß meines Vaters fand sich dann aber ein funktionsuntüchtiger Stichsägenvorsatz für eine Bohrmaschine, die meine Phantasie anregte. An der Maschine bewegte sich nichts mehr und der Fuß war abgebrochen. Die Schrauben des Deckels, hinter dem sich der Mechanismus verbirgt, saßen derart fest, daß ich sie schließlich ausbohren mußte. Nachdem der Deckel herunter war, wurde klar, warum sich nichts mehr bewegte: sämtliche Hohlräume, einschließlich der des Kugellagers, waren mit verdichtetem Sägemehl vollgepackt, wohl weil die Maschine überkopf unter einem Sägetisch verwendet worden war. Nach gründlicher Reinigung bewegte sich wieder alles. Somit hatte ich einen Mechanismus und ein Gehäuse für meine zunkünftige Feilmaschine.
Der zerlegte Stichsägenvorsatz
Nach einer Tabelle in dem obenerwähnten Katalog von 1913 betrug die Hubfrequenz maximal 400 Hübe pro Minute für weiche Materialien und weniger für harte Materialien. Ich habe mir deswegen aus China einen Gleichstrom-Getriebemotor kommen lassen, der bei 12 V an der Antriebswelle 400 Upm hat. Durch die Untersetzung sollte genügend Drehmoment für die kleinen Feilen vorhanden sein.
Gleichstrom-Getriebemotor
Um den Schlitz für die Feilen möglichst klein zu halten, damit man auch an kleinen Teilen arbeiten kann, sollte sich die Rotationsachse des neigbaren Tisches möglichst in seiner Oberfläche befinden. Ebenso muß die Rotationsachse durch die Achse der Feile gehen. Deswegen muß der Tisch auf einem (Halb-)Zylinder gelagert werden, der sich in einer entsprechenden Lagerschale drehen kann. Auch der gebrochene Fuß der Stichsäge war nach diesem Prinzip konstruiert und eine enstprechende Lagerschale an das Gehäuse der Stichsäge angegossen. In meinem Fundes fand sich ein passendes Stück Rundaluminium aus dem der Lagerzylinder gedreht wurde. Später wird der Zylinder in der Mitte durchgesägt werden und die beiden Teile nebeneinander unter den Tisch geschraubt werden. Die Lagerschale im Gehäsue wurde auf den richtigen Durchmesser ausgefräst. Andere Lagerflächen am Gehäuse wurden plangefräst, was allerdings bis an die Kapazitätsgrenzen meiner Uhrmacher-Fräsmaschine ging. Zum Glück ist der Zinkdruckguß gut zu fräsen.
Aufbau zum Ausfräsen der Lagerschale für den Feiltisch
Ja, auf der Web-Seite (und in den Büchern) von Harold Hall gibt es eine Menge interessante Tips. Bin schon lange nicht mehr dort gewesen und mir war nicht bewußt, daß er auf seine Seite eine Feilmaschine als Aufsatz für die Drehbank beschreibt. Daran hatte ich auch zuerst gedacht, bis mir eben die alte Stichsäge in die Hände fiel.
Apropos CNC: durch CNC-Dreh- und Fräsmaschinen werden natürlich viele andere Maschinen und Zubehöre obsolet. Hinsichtlich Präzision ist CNC sicher interessant, aber u.U. ziemlich zeit- und materialaufwendig in der Programmierung. Für einzelne Teile lohnt sich das m.E. häufig kaum. Ich bin bisher diesen Weg nicht gegangen, da er das Hobby immer mehr aus der Werkstatt an den Computer verlagert - ich verbringe ohnehin meinen Arbeitstag vor dem Bildschirm, so daß die manuelle Arbeit in der Werkstatt ein willkommener Ausgleich ist.
Das Drehteil für das Feiltisch-Lager wurde in der Mitte durchgesägt und die beiden Hälften gegeneinander nach sorgfältigem Ausrichten im Schraubstock geklemmt. Mit einem Schlagzahnfräser wurde die Oberfläche vollkommen eben gefräst und die Dicke um 2 mm reduziert, so daß später die Rotationsachse des Tisches in seiner Mitte liegt.
Fräsen der Auflagefläche für den Feiltisch
Die Position der beiden Hälften wurde auf der 4 mm Aluminium-Platte für den Tisch genau angerissen, ebenso die Befestigungsbohrungen. Nach Ankörnen wurde sie auf der PROXXON-Tischbohrmaschine mit einem 3 mm NC-Anbohrer gebohrt. Die NC-Anbohrer sind sehr kurz und steif und ergeben Bohrlochwandungen die fast wie gerieben aussehen.
Feiltisch-Lager in Position auf der Unterseite des Tisches
Anschließend wurden die beiden Hälften mit ein paar Tropfen Sekundenkleber nach genauem Ausrichten auf die Platte geklebt. Diese Operation erleichterte das genaue Übertragung der Bohrungen mit einem kalibrierten Körner. Mit einem leichten seitlichen Schlag fielen die Teile wieder auseiander und wurden auf der Fräsmaschine gebohrt und mit M3-Gewinden versehen. Ich beginne für gewöhnlich die Gewindebohrungen mit zwei oder drei Gängen auf der Fräsmaschine, um sicherzustellen, das sie konzentrisch und vertikal sind. Das Gewinde wird dann von Hand fertig geschnitten.
Gewindebohrungen für die Befestigung des Feiltisches auf dem Lager
Das Besäumen der Aluminium-Platte für den Feiltisch hat die Kapazität der Fräsmaschine wirklich ausgereizt. Ich mußte die Platte dazu mit einer Zwinge am Schraubstock befestigen, da anderernfalls die Spindelhöhe über dem Tisch nicht ausgereicht hätte.
Besäumen der Platte für den Feiltisch
Der Feiltisch mit dem provisorisch verschraubten Lager wurde nun auf den Tisch der Fräsmaschine geklemmt, um den Schlitz für den Anzugsbolzen fräsen zu können. Der Bolzen wird später mit einem Exzenter angezogen werden.
wenn Platz vorhanden, lohnt vielleicht auch eine "richtige" Feilmaschine, z.B. von HAKUMAG oder THIEL. Die gibt es of schon recht günstig. Und die THIEL-Maschinen haben oft eine integrierte Bandsäge.
Viele Grüße
Kurt
Hier z.B. eine Hakumag mit einer Maschinenfeile von 1mm Durchmesser und 100mm Länge (Bild läßt sich leider nicht um 90° drehen) WP_20151019_18_54_24_Pro.jpg - Bild entfernt (keine Rechte)
Tja, wenn ich den Platz in meiner 4 m2-Werkstatt hätte, hätte ich mir wahrscheinlich auch eine 'antike' Feilmaschine zugelegt …
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Der Exzenter zur Tischarretierung wurde aus einem Stück Stahl gedreht, während der eigentlich Kugel-Hebel ein Schrotteil aus der Grabbelkiste ist, das in den Exzenter hart eingelötet wurde. In der Vergangenheit habe ich solche Teile auch schon öfter selbst mit Hilfe des Eigenbau-Kugeldrehapparates (http://www.maritima-et-mechanika.org/tools/radiustool/radiustool.html) hergestellt.
Einfache Methode, um Exzenter an Wellen anzudrehen
Anzugsbolzen und Exzenterhebel für das Feiltischlager
Das nächste Teil war der Sockel für den Gegenhalter. Ein Gegenhalter ist für die Arbeit mit den dünnen Maschinenfeilen zwingend notwendig, die wie ein Sägeblatt eingespannt werden müssen, um den Feildruck aufnehmen zu können. Der Fuß des Stichsägen-Gußteils ist hohl und wie ein Haus mit Dach geformt. Ein Stück Aluminium wurde sorgfältig auf Maß gefräst und eingepaßt. Es wird durch zwei Senkkopfschrauben gehalten.
Selbst hergestellte Bohrstange
Ausbohren des Sockels
Die 10 mm-Bohrung für den senkrechten Stab des Gegenhalters stellte mich anfänglich vor Probleme. Die Spindelhöhe über dem Tisch war einfach zu gering für handelsübliche 10 mm Bohrer. Das Teil ließ sich leider auch nicht im Vierbackenfutter spannen, um die Bohrung auf der Drehbank auszudrehen. Schließlich habe ich ein lang geplantes Projekt dazwischengeschoben und mir eine Bohrstange aus einem 8 mm-Rundstahl hergestellt. Dazu mußte ich mir auch noch einen Fräserhalter mit Spannzangenschaft für 8 mm-Fräser aus einem entsprechenden Rohling anfertigen. Mit der neuen Bohrstange war dann die Herstellung der 10 mm-Bohrung ein Kinderspiel.
Wie man auf dem Bild der geöffneten Stichsäge sieht, wird der Stößel für das Sägeblatt durch zwei selbst-ausrichtende Gleitlager geführt. Diese Gleitlager bestehen aus zwei durchbohrten Kugeln aus Gußeisen, die in entsprechende Lagersitze des Gehäuses eingepreßt sind. Der Stößel besteht interessanterweise aus einem 3/8 Zoll (!) Rundstahl.
Selbsausrichtende Lager für den Stößel der Stichsäge im Originalzustand
Die Schmierung der Führung verließ sich auf die Selbstschmierung zwischen Stahl und Gußeisen. Entsprechend schlackerte der Stößel inzwischen in einem für eine Feilmaschine unzulässigen Maß. Ich habe deshalb die Lagerkugeln ausgebaut und nach sorgfältiger Zentrierung für selbstschmierende Lager mit 10 mm Außendurchmesser ausgedreht. Die Lagerbuchsen habe ich über den bekannten Dienst, der mit E beginnt aus China bezogen. Ich denke, daß solche Buchsen normalerweise in Drucker u.ä eingesetzt werden. Der Stößel ist aus poliertem und kalibriertem Silberstahl.
Ausgedrehte Lagerkugel, Lagerbuchse und neues Lager zusammengebaut
Der originale Kurbeltrieb bestand aus einem nur schlecht zu bearbeitenden Stahl. Jedenfalls war es unmöglich auf meiner Uhrmacherdrehbank eine akzeptable Oberflächenqualität hinzubekommen. Da ich das ursprüngliche Design ohnehin etwas verändern wollte, habe ich den Kurbeltrieb aus einem Stück 32 mm-Rundstahl komplett neu angefertigt. Motorseitig wurde der Trieb auf 6 mm ausgebohrt, um direkt auf den Ausgabeschaft des Getriebes aufgesteckt zu werden. Dort wird er mit einer Madenschraube formschlüssig gesichert.
Der originale Kurbeltrieb
Der neue Kurbeltrieb mit Kreuzkopf und Stößel
Der Kreuzkopf wurde ebenfalls neu angefertigt, da sowohl der Kurbelzapfen als auch die Kreuzkopfbahn durch die ungeschmierte Stahl-auf-Stahl-Reibung ausgenudelt war. Der Kurbelzapfen läuft nun auch nich mehr direkt in der Bahn, sondern die Kraft wird durch einen Stein aus Messing übertragen (Bronze wäre besser gewesen, hatte ich aber nicht vorrätig).
Der neue Kurbeltrieb zusammengebaut
Die neue Kurbel wurde in verschiedenen Abständen für den Kurbelzapfen gebohrt, um Hübe von 10 mm, 15 mm und 20 mm zu ermöglichen. Es ist aber leider durch die Gegebenheiten des Gehäuses nötig, fast die ganze Maschine zu zerlegen, um den Hub einzustellen. Die Madenschraube, die den Kurbelzapfen hält wird nur schwer zugänglich sein. Der maximale Hub von 20 mm wird auch nur bei horizontalem Tisch möglich sein, da anderenfalls der Feilenhalter nicht genügend Raum unter dem Tisch hat. Die Praxis wird zeigen, ob ein Hub von 15 mm ausreicht.
Maschinenfeilen gibt es ja in den verschiedensten Größen und Formen, so daß ein entsprechender Feilenhalter entworfen werden mußte. Ich entschied mich für Reduzierhülsen, passend zu den Feilengrößen, die in einem fest installierten Feilenhalter aufgenommen werden. Geschlitzte Reduzierhülsen erlauben auch die Verwendung von Laubsägen.
Herstellung der Befestigungslöcher für die Reduzierhülsen im Feilenhalter
Der Feilenhalter wird auf dem Antriebsstößel mit einer Madenschraube fixiert. Ein ähnlicher Halter sitzt auf der Führungsstange des Gegenhalters. Beide Feilenhalter wurden mit um 90° versetzten Bohrungen versehen, die mit einem M3-Gewinde versehen wurden. Die zugehörigen Schrauben werden durch Bohrungen in den Reduzierhülsen hindurch direkt auf die Feilen wirken.
Herstellung der Querbohrungen in den Reduzierhülsen auf der Fräsmaschine
Die Reduzierhülsen wurden aus Alumium gedreht und mit für die vorhandene Auswahl an Feilen passenden Bohrungen versehen. Querbohrung erlauben die Halteschrauben auf die Feilen zu wirken. Das Arrangement an Querbohrungen erlaubt es die Feilen nach Bedarf in verschiedene Richtungen zu drehen.
Die Auswahl an Reduzierhülsen
Die Führungsstange für den Gegenhalter wurde auf der Uhrmacherdrehbank mit einem Feingewinde 8 mm x 1 mm versehen, da ich einen entsprechenden Gewindebohrer zur Hand hatte. Zwei Rändelmuttern werden eine Spiralfeder unter Druck halten, die ihrerseits Zug auf die Feilen bzw. Sägeblätter ausübt. Dünne Feilen und Sägeblätter müssen unter Zug gehalten werden, damit sie bei der Aufwärtsbewegung nicht abknicken. Die Rändelmuttern wurden aus Aluminium hergestellt, um die bewegten Massen möglichst gering zu halten.
Unterer und oberer Feilenhalter zusammen mit der oberen Führungsstange
Das nächste Teil, das anstand, war der Gegenhalter bzw. die obere Sägeblattführung. Für die Konstruktion der Feilen- bzw. Sägeblattführung gibt es drei prinzipielle Möglichkeiten. Jede hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile: 1) die Feile/Säge kann in einen Rahmen eingespannt werden und dieser Rahmen wird auf und ab bewegt, wie dies bei den weiter oben abgebildeten antiken Maschinen der Fall ist; der Vorteil einer genauen Paralleführung und konstanten Werkzeugspannung wird durch die Bewegung größerer Massen erkauft, so daß die Maschine gut am Werktisch befestigt werden muß; falls man den Rahmen nicht abnehmbar gestaltet, ist die Arbeit an größeren Werkstücken mit nur einseitig geführten Feilen/Sägen nicht möglich. 2) der Rahmen für die Feilen-/Sägeführung steht fest und hat an seinem oberen Ende ein Gleitlager für einen Führungskolben; die Feile bzw. das Sägeblatt wird durch eine (nachstellbare) Feder unter Spannung gehalten, die bei jeder Hubbewegung komprimiert wird; dieses Prinzip wird z.B. bei der kleinen Proxxon Dekupiersäge angewendet; Nachteil ist die über den Hubzyklus veränderliche Federspannung, Vorteil, daß der gesamte Gegenhalter leicht abgebaut werden kann; außerdem sind die bewegten Massen relativ gering. 3) Der Gegenhalterarm ist als Blattfeder ausgeführt, so wie dies bei vielen älteren Dekupiersägen der Fall ist; diese Konstruktion ist für eine Feilmaschine nicht geeignet, da das Werkzeug nicht parallel geführt wird, sondern über den Hubzyklus eine Pendelbewegung ausführt (was beim Sägen hingegen nützlich ist). Da bei dem Stichsägenvorsatz den Mechanismus durch einen Deckel geschützt ist, war eine Konstruktion nach (2) bereits vorgegeben. Das erleichtert auch das Arbeiten mit kurzen Feilen ohne Gegenhalter.
Ausbohren des Gegenhalters für den Ständer
Ausbohren des Gegenhalters für das Lager der oberen Feilenführung
Der Gegenhalter wurde aus einem Abschnitt von 15 mm x 15 mm Aluminium hergestellt. Die Bohrung für das selbstschmierende Lager der oberen Feilenführung und die Säule wurden für leichten Presssitz ausgebohrt bzw. für Schiebesitz ausgerieben. Um dem Teil die etwas die Anmutung eines Gußteiles zu geben, wurden Gewichtserleichterungen mit einem Kugelfräser eingefräst. Die Enden wurden auf der Drehbank an einer Feilscheibe abgerundet. Solche Feilscheiben sind heute extrem rar und dann teuer, aber ich hatte vor einiger Zeit das Glück eine solche zu einem guten Preis zu finden.
Bearbeiten des Gegenhalters, um ihm die Anmutung eines Gußsteils zu geben
Abrunden der Enden des Gegenhalters an einer Feilscheibe in der Drehbank
Der Gegenhalter wurde dann geschlitzt, um ihn mit einem Anzugsbolzen an der Säule in der erforderlichen Höhe feststellen zu können. Die Anzugsschraube fand sich in meiner Grabbelkiste von Teilen alter Uhrmachermaschinen, hatte aber das ungewöhnliche Gewinde von 7/32 Zoll Druchmesser und 24 Gängen pro Zoll. Glücklicherweise hatte ich vor Jahren auf dem Flohmarkt aus den Restbeständen einer alten Wiener optischen Fabrik ein Handvoll exotischer Gewindebohrer erstanden und es fand sich der richtige darunter.
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03.04.2016 20:27
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