6  Methoden des Ovaldrehens

6.1   Werkzeugführung

Der wesentlichste Unterschied des Ovaldrehens zum normalen Drehen (Kreisdrehen) besteht in der Ellipsenbewegung des Werkstückes und  der daraus resultierenden komplizierten Werkzeugführung. Der Schnitt sollte immer in der Zentralebene  bzw. längs der Zentrallinie erfolgen. Während es beim Kreisdrehen ohne Einfluss ist, ob die Schneide höher oder tiefer angesetzt wird, weil immer ein zur Spindelachse konzentrischer Kreis entsteht, spielt die Stellung der Schneide beim Ovaldrehen eine wesentliche Rolle.

Bild 5101
 Werkzeugführung am Kreis-Zylinder und
am elliptischen Werkstück-Zylinder

Bild 5101 zeigt rechts eine zentral geschnittene Ellipse und eine Ellipse von einem über die Zentrallinie gestellten Schneidenpunkt. Die beiden Ellipsen durchdringen einander. Das heißt, die zentral geschnittene Ellipse wird von der höher geschnittenen Ellipse durchdrungen. In der Oberfläche entstehen zwei gegenüber liegende Rillen. Wenn beim Ovaldrehen an der Werkstück-Zylinderfläche solche Rillen auftreten, ist das ein Zeichen, dass die Werkzeugschneide nicht zentral geführt wurde. Aber nur so erhält man eine saubere Oberfläche. Das Werkzeug müsste theoretisch mit einem Punkt schneiden, um exakt eine Ellipse zu schneiden, aber das ist praktisch nicht möglich. Es werde deshalb spitze Röhren verwendet, die hochgestellt angesetzt werden. Mit Schabern kann man die Bedingung, auf der Zentrallinie zu schneiden, immer erfüllen.

6.2    Lichtlinie

Bild 5102 Schema der Lichtlinien-Projektion

Um die  Zentrallinie am Werkstück sichtbar zu machen und um die Werkzeugschneide genau auf dieser führen zu können, benutzt J. Volmer eine Lichtlinie. Sie wird mit einem Projektor mit einem speziellen Diapositiv oder einem Laser erzeugt. Wird längs der Lichtlinie geschnitten, so ist das die einzige Linie, die bei laufendem Werkstück still steht. Man erkennt auch das geschnittene Profil. Der Projektor liefert eine Lichtebene. Er wird so positioniert, dass diese Lichtebene genau mit der Zentralebene übereinstimmt. Zum Ausrichten des Projektors benutzt man ein Schablone, die vor das eingespannte Werkstück auf das Bankbett gestellt wird und die eine waagrechte Linie in Spitzenhöhe zeigt, mit der sich die Lichtlinie decken muß (siehe Bild 5504).

  Bild 5103

Anwendung der Lichtlinie beim Ausdrehen einer ovalen Schüssel. Der Projektor steht hier etwa 1,5m halbrechts vor dem Werkstück  auf einem Ständer getrennt von der Ovaldrehmaschine ODM30.

Bild 5104

Durch die Lichtlinie sichtbares fertig gedrehtes Innenprofil,  stillstehend  trotz laufender Schüssel.

Bild 5105

Feine Profile von Rahmen (hier Rechteck-Rahmen) macht
die Lichtlinie bei laufendem Werkstück exakt sichtbar,
wenn längs der Lichtlinie geschnitten wurde

6.3   Ovaldreh-Werkzeuge

Die  für  das  Ovaldrehen  verwendeten, frei  von Hand  geführten Werkzeuge sind  Röhren und  Schaber, an  besonderen Stellen  auch  Meißel.  Die  Röhren  haben  einen  spitzen  Anschliff,  um  eine möglichst kleine schneidende Zone der Schneide zu erreichen.  Die Seiten der Röhrenschneide werden an geraden  Flächen eingesetzt.
Der Keilwinkel richtet sich wie beim normalen Drechseln nach  der Holzart. Schaber haben verschiedene Schneidenprofile, gerade  für Falze, gerundete für Innenprofile von Schüsseln und Schalen.

Bild 5201 Ovaldreh-Werkzeuge;

Für harte Werkstoffe, wie Knochen, Bein, Horn und weiche Steine, verwendet man Drehmeißel wie für NE-Metalle und  führt diese  mit kleinem Vorschub  im Werkzeugschlitten. Bild 5202 zeigt als Beispiel das Ovaldrehen von Servietten-Ringen aus Rindsknochen.

Bild 5202
Ovaldrehen von Ringen aus Knochen auf der
ODM15 mit Drehmeißel im Support 

Für  das  Ovaldrehen   einer  Serie   gleicher  Werkstücke   sind Einrichtungen  vorteilhaft,  die  ein  bestimmtes  Maß  an  allen Werkstücken der Serie mit Genauigkeit gewährleisten. Dafür  wurde  nach  dem  Vorbild  des erzgebirgischen  Bankfräsers der  Stecher entwickelt.  Er  wird  verwendet, um  z.B. ein  gleiches Maß  des Falzes an allen Rahmen einer  Serie zu  garantieren. Der  Stecher besteht aus einem schwenkbaren und in  Richtung der  Spindelachse verschiebbaren  Arm,  an dem  an bestimmter  Stelle eine  schmale spitze Röhre befestigt  ist. Der  Arm liegt  auf der  Handauflage oder mit einem Anschlag auf dem Maschinenbett.  Der Schubweg  ist mit einem Anschlag auf der Schubstange einstellbar.

Bild 5203
Stecher an der Ovaldrehmaschine ODM15 mit dem Arm in Arbeitsstellung

Bild 5204
Markieren des Falzrandes an einem kleinen Rechteck–Bilderrahmen mit dem Stecher, Die kleine spitze hochgestellte Röhre sticht exakt auf der Zentrallinie ein.

Bild 5205
 Nach Ausdrehen des Falzes von Hand
bis auf einen oder zwei Millimeter wird mit dem Stecher die Wand des Falzes fein fertig gedreht.

6.4   Ovalfräsen

Wenn nicht Drechselwerkzeuge sondern Fräser oder rotierende Profilmesser verwendet werden, entstehen keine Ellipsen, sondern Parallelkurven der Ellipse. Drechsler, die das Werkstück am Ovalwerk auf diese Weise fertigen, weil das einfacher zu bewerkstelligen ist, wundern sich oft, dass dabei ovale Kurven entstehen, die sichtbar von der Ellipse abweichen, z. B. auch Spitzen haben (Bild 5206 und 5207).

Bild 5206
Fräsmotor mit 2-Messer-Kugelfräser geführt durch einen
Kreuzsupport beim Fräsen einer Schüssel-Unterseite auf der Bollinger Ovaldrehmaschine (BOTULA) [6.3] 

Bild 5207
 Fräsen des Schüsselbodens mit Kugelfräser [6.3]

Durch  das Ovalwerk  bzw.  den  Ellipsen-Mechanismus  der Ovaldrehmaschine wird die Fräserachse C  relativ zum  Werkstück auf der Ellipse e geführt (Bild 5208a a). Ein zylindrischer Fräser mit Radius r fräst in die Stirnfläche des Werkstückes die  äußere Kurve qo und die innere Kurve qi. Beide haben zur  Ellipse e  den gleichen  Abstand  r,  sind  Äquidistante  oder   Parallelkurven. Während  qo  der Ellipse  ähnlich  sieht,  zeigt  die  innere Parallelkurve qi  schon Abweichungen  von der  Ellipse. Wird  das Achsenverhältnis  der  Ellipse kleiner,  dann tritt  bei qi  eine Spitze auf (Bild 5208b) oder  gar Unterschnitt   (Bild  5208c). Die mathematische Bedingung dafür ist r/b => b/a (vgl. Bild 2101).

 Die Parallelkurven der Ellipse wurden im 19. Jahrhundert eingehend untersucht, z.B. vom namhaften britischen Mathematiker Arthur Cayley (1821 - 1895). Sie sind algebraische Kurven 8. Ordnung und wurden Toroide genannt.

 Bei  der  Fertigung  ovaler  Schalen  oder  Schüsseln müssen  die Effekte  des Ovalfräsens  nicht in  Erscheinung treten.  Probleme können bei  Passungen zweier  Teile auftreten,  z.B. beim  Passen eines Deckels auf eine Dose. In Bild  5209 wird  der Fräser  für die Außenkontur q1 der Dose auf der  Ellipse e1  geführt und  für die Innenkontur q2 im Deckel auf der Ellipse  e2. Beide  Ellipsen haben die gleiche Achsendifferenz, d.h. beide Konturen werden mit der gleichen Einstellung des Ovalwerkes gefräst.

Bild 5208
 Parallelkurven qi und qo einer Ellipse e
 mit verschiedenem Achsenverhältnis b/a
und Fräserradiusverhältnis r/b
a)  b/a = 0,67   r/b = 0,38
b) b/a = 0,50   r/b = 0,5
c) b/a = 0,33   r/b = 0,75

Bild 5209
Ovalfräsen einer Außen- und Innenkontur mit gleicher Einstellung
des Ovalwerkes

6.5   Ovaldrehen von Querholz

Ovale Schüsseln, Schalen,  Platten, Schilder,  Rahmen und  vieles andere in der Liste oval gedrehter Gebrauchsgegenstände werden aus Querholz gefertigt. Das Ovaldrehen ist umso einfacher, je flacher solche Werkstücke  sind. Spannagel  schreibt in  seinem"Drechslerwerk"  [1.1.2]  von  1940  im  Kapitel  "Das Drehen  am Ovalwerk",  dass man sich  das Ovaldrehen am besten  in der Werkstatt von einem tüchtigen Meister zeigen  lässt. Ein  solcher Meister ist heute sicher schwerlich zu finden. Andererseits haben die Meister die geometrischen Zusammenhänge kaum gewusst, denn die Literatur hatte höchstens eine knappe Skizze, um zu zeigen, dass in  Spindelhöhe zu  schneiden ist. Es wurde auch mehr mit Schabern  als mit Röhren gearbeitet, und diese konnten auf flachen Auflagen  gut in  Spindelhöhe gehalten  und zum  Eingriff gebracht werden. Selbst  im "Handbuch  der Ovaldreherei"  [1.1.1] des verdienstvollen Fachlehrers Hugo Knoppe in Leipzig wird  das Ovaldrehen praktisch nicht erklärt. Er beschreibt hauptsächlich die Herstellung ovaler Rahmen.

6.6   Ovaldrehen von Rahmen 

Dem Ovaldrehen  von Rahmen  ist das  "Handbuch der  Ovaldreherei" [1.1.1] von Hugo Knoppe gewidmet. Ovale Rahmen  wurden in  Massen in Ovalrahmenfabriken hergestellt. Die Rohlinge  wurden aus 4 oder 6 Bögen zusammengesetzt.  Jeder Hersteller hatte seine Technik, die Bögen zu verbinden, vorherrschend waren aber Zinken wie in der noch erhaltenen Ovalrahmenfabrik Old  Schwamb Mill  in den USA  [6.2].  In Deutschland gab es eine Firma, die hufeisenförmige Bogen  aus Bugholz lieferte. Diese wurden mit schräger Fuge zu Ovalen zusammengeleimt. Diese  Rahmenrohlinge hatten den Vorteil, dass nur längs der Faser gedreht und damit eine gute Oberfläche erreicht wurde.

Die  Rahmen-Manufakturen  lieferten  Rahmen  aller Größen,  aller Profile  und  Ornamente  und  aller Arten  von Oberflächen,  also lackierte,   vergoldete,   mit   gedrückten  Metalleinlagen   und natur belassene.  Die dabei angewendeten Handfertigkeiten waren großartig, sie sind  heute wohl  kaum noch  zu finden.  Die ovale Bildform passt aber immer noch zu  vielen Bildmotiven, wie z.B. zu Porträts. Deshalb war das Ovaldrehen von Bilderrahmen und Spiegelrahmen von aktuellem Interesse und eine besondere Herausforderung.

Die einfachste Form und deshalb  einfachste Ovaldreh-Aufgabe  ist ein rechteckiger Rahmen mit oval eingedrehtem Bildfalz und Profil  [2.2.14].   Bis zu  einer gewissen  Größe kann  das Rechteck  aus  einem Stück sein, möglichst aus einem Kernbrett (Bild 5401a),  um Werfen wie  bei Randbrettern  (Bild 5401b)  zu vermeiden.  Größere  Rechtecke sollten aus 4 Teilen zusammengesetzt sein (Bild  5402).

Bild 5401 
    a) Kernbrett b) Randbrett

Bild 5402 Rechteckige Rahmen-Rohlinge                                                                                   Bild 5403  Halbachsen der Bildellipsen

 Die Bildellipse sollte ein zum Bild passendes Achsenverhältnis haben (Bild 5403), z.B. bei Porträts b/a nicht kleiner als 0,75

Bild  5404
Rahmen-Rechteck  im Zweibackenfutter  auf der  ODM 

Rechteckige   Werkstücke   werden    in   das    Zweibackenfutter eingespannt,  in  Bild   5404  auf   der  ODM15   zu  sehen   mit eingerichteter Lichtlinie.  Die beiden  Ellipsen, zwischen  denen das  Profil  liegt  werden   bei  laufender   Maschine  mit   dem feststehenden,  genau  auf  die  Zentrallinie  gehaltenen   Stift aufgezeichnet (Bild  5405).

Bild 5405
Anzeichnen der das Profil  begrenzenden Ellipsen

 Bild  5406
 Markieren der Bildellipse mit; dem Stecher

Es lohnt immer eine Serie gleicher Stücke zu drehen, und dabei ist  der Einsatz des Stechers rentabel, um bei allen Rahmen der Serie einen exakt gleichgroßen Falz zu erhalten (Bild 5406).Der Falz und das Profil werden mit einer schmalen spitzen Röhre gedreht (Bild 5407), der Boden mit einem geraden Schaber geglättet. Auf ausreichende Bodendicke TH ist zu achten.

      Bild  5407 
Ausdrehen des Profiles und des Falzes

Das Profil wird mit gefaltetem Sandpapier geschliffen (Bild 5408), die Vorderfläche mit einem Schleifklotz. Beim fertig gedrehten Rahmen hat das elliptische Profil paarweise gleiche Abstände zu den Rechteckkanten (Bild 5409).

  Bild 5408  Schleifen des Profils nahe der Zentrallinie

  Bild  5409
 Fertiger  Rahmen, flach  geschabter Bildboden
 

Das Profil P wird vorzugsweise in die Vorderfläche S des Rechteckes hineingedreht (Bild 5410a und b), weil ein herausstehendes Profil (Bild 5410c) erfordert, die übrige Rechteckfläche S  zu überdrehen, und das ist  wegen des unterbrochenen Schnittes schwer sauber zu erreichen. Das  Bild B kann von der Vorderseite (Bild 5410a) oder in einen Falz in der Rückseite (Bild 5410b und c) eingelegt werden. DasBild, eine Einlage oder ein Passepartout und das Glas G werden von einem Rattan-Klemmring C gehalten (Bild 5411). Bei einem Falz auf der Rückseite verwendet man einen Deckel CR und hält ihn mit Spreizdrähten CW. Glas, Passepartout  und Deckel schneidet man mit dem Ellipsenzirkel mit Schneidrad bzw. Messer.

Bild 5410 Rahmen-Querschnitt   S Rahmenfläche, R Bildfläche,W Falzkante, P Profilfläche, B Bild, G Glas, CR Abdeckung, C Rattan-Klemmring, CW Spreizdrähte, T Profiltangente möglichst senkrecht auf S, TH Bodendicke a) Falz von vorn, eingedrehtes Profil b) Falz von hinten c) Falz hinten, Bildfläche S zurück gesetzt, vorn herausstehendes Profil

Bild 5411  Glas (Folie) und Einlage mit Rattanklemmring, rechts eingespreizt

Bild 5413
  Löcher zum Aufhängen
   senkrecht oder quer 

Die  beschriebenen  Arbeitsschritte  sind  auch  für große  ovale Rahmen anzuwenden, nur  dass der  Rohling mit  dem Klauenfutter  gehalten wird, um die Hinterseite mit dem  Falz W  zu drehen  und die Flanke FL der Bildellipse sowie eine Fase  F der  Außenkontur (Bild 5414 oben). Dann wird der Rahmen gedreht und  mit dem  Falz in den Hartholzbacken des Vierbackenfutters aufgenommen. Es  wird nun das Profil und die Außenkontur gedreht und geschliffen  (Bild 5414 unten).

Bild 5414
 Bearbeitungsfolge bei großen Rahmen, W Bildfalt-Kante, FL Flanke der Bild-Ellipse, F Teil des hinteren Profiles, SS Raum für Stichsäge

6.7  Ovaldrehen von Schüsseln   

             Lichtlinie mit Schablone justieren.

Bild 5505

Innen ausdrehen mit Röhre, mit rundem Schaber glätten.

Schüssel zum Trocknen in Späne oder Zeitungspapier einpacken, gegen Reißen am Hirnholzrand mit Spannband sichern und in Abständen nachziehen, nach dem Trocknen Spund abhobeln und Schüssel grob schleifen und ölen (1,6 kg).

6.8    Ovaldrehen von Langholz

Als Langholz werden Werkstücke bezeichnet, deren Maserung in Richtung der Spindelachse läuft. Beim Kreisdrehen werden Langholz-Stücke - wie z.B. Spindeln - zwischen Spitzen gedreht. Beim Ovaldrehen geht das nicht wegen der Ellipsenbewegung. Kurze Langholz-Stücke können zum Ovaldrehen im Backenfutter eingespanntwerden. Eine Unterstützung durch die Spitze im Reitstock ist nicht möglich. Bild 5601 zeigt eine Dose als Beispiel.

Bild 5601 Dose  aus Langholz im
VICMARC-Vierbackenfutter VM90 an der ODM30

Für das Ovaldrehen langer Stücke wurde von J. Volmer die spezielle Einrichtung ELLPIN entwickelt. Sie besteht aus einem Schraubenfutter mit Verdrehsicherung (vgl Bild 4311), das über ein Kreuzgelenk mit einem Flansch an der Planscheibe der Ovaldrehmaschine verbunden ist. Für kleine Werkstücke gibt es auch ein Spundfutter. In der Pinole des Reitstockes steckt mit dem Morsekegel eine mitlaufende Kugelpfanne aus einem reibungsarmen Werkstoff. In der Kugelpfanne sitzt eine Kugel mit einem Stift, der zentrisch in das Werkstück gepresst wird.

Bild 5602
ELLPIN: Vorrichtung zum Ovaldrehen von langen Werkstücken: An der Planscheibe sitzt das Schraubenfutter mit Verdrehsicherung, in der Pinole die mitlaufende Kugelpfanne für den Kugelstift, unten dafür Abzieher, auch Spundfutterflansch mit Schablonen einsetzbar
(Werkstatt J. Volmer, Ausführung für Ovaldrehmaschine ODM30)

Die folgenden Bilder zeigen als  Anwendungsbeispiele das Ovaldrehen  von Messergriffen und von Klopfern. Die Werkstückrohlinge sind  zu längen und für die Aufnahme desKugelstiftes  zentrisch zu bohren und für das Aufschrauben bzw das Einpressen ins Spundfutter auf der Drehbank vorzubereiten.

6.9 Besteckgriffe

 Messer und Gabel mit Angel und Zwinge, frühere  Griffe aus Kunststoff sind durch Ebenholzgriffe zu ersetzen.

Bild 5603

Bild 5605

Nach Ankörnen beider Stirnflächen Bohren des Loches für den Kugelstift

Bild 5606

Andrehen eines Konus  (Spund) am Griffende nach Lehre, Breitseite des Griffes weiß markiert.

Sitz des Konus im konischen Loch des ELLPIN-Flansches prüfen

Bild 5608

Rohling-Konus leicht in das ELLPIN-Spundfutter schlagen, dabei  Stellung beachten (weiße Marken) und Kugelstift einpressen.   

  Bild 5609

Einstellung des Ellipsengetriebes für die Achsendifferenz der Ellipse am Griffende, dann Drehen des Griffes mit der Röhre entlang der Zentrallinie, gerade Form, rundes Ende passend zum Einpressen in die Zwinge.

Bild 5610

               Schleifen und Polieren in Nähe der Zentrallinie

 Bild 5611

Fertig gedrehter Griff

Bild 5612

Herausziehen des Kugelstiftes mit dem Abzieher (Werkstatt J.Volmer), Absägen des Konus und Verschleifen des elliptischen Griffendes, Aufbohren des Griffes für die Angel.

Bild 5613

Montiertes Besteck: Griff in Zwinge eingepresst, Angel im Griff gekittet.
 

6.10 Klopfer

Klopfer für Küchenarbeiten als Fleischklopfer oder bei der Holzbildhauerei als Klüpfel

  Bild 5614
Ovaldrehmaschine ODM30 mit ELLPIN (Einrichtung zum Langholz-Ovaldrehen) und eingespanntem Klopferrohling, auf Ablage rechts fertige Klopfer: Griff annähernd rund, Klopfteil mit ovalem Querschnitt, links daneben  Abzieher für Kugelstift.

Die Rohlinge der Klopfer sind zu Beginn zwischen Spitzen grob rund vorzudrehen, abzulängen und die Stirnflächen zu glätten. Die Löcher für die Schraube und für den Kugelstift sind genau mittig in die Stirnflächen zu bohren. Die ODM ist auf die gewünschte Ellipsenachsen einzustellen. Der Rohling wird auf das Schraubfutter geschraubt und der Zackenring - es gibt zwei Durchmesser 20 mm und 32 mm - durch Drehen der Holzscheibe in die Stirnfläche des Rohlings eingedrückt. Der Kugelstift wird am anderen Ende eingeschoben und die Kugel in der Kugelpfanne gelagert. Das Profil wird längs der Zentrallinie gedreht.

Die Möglichkeiten der Formgebung mit der ELLPIN -Vorrichtung sind bislang noch nicht ausgelotet. Einige  Experimente mit Entwürfen von Leuchtern liegen vor.

Bild 5615
Experimente der Formgebung mit ELLPIN auf der
Ovaldrehvorrichtung ODV mit ausladenden Quer- und Langholzstücken  (Werkstatt J. Volmer 1986)