EP0924031A1

EP0924031A1 - Werkzeug für die Bearbeitung von Werkstückoberflächen und -kanten

Info

Publication number: EP0924031A1
Application number: EP97122215A
Authority: EP
Inventors: Josef Vogel
Original assignee: Botech AG Gesellschaft fur Beratung und Oberflachentechnik
Current assignee: Botech AG Gesellschaft fur Beratung und Oberflachentechnik
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: EP0924031B1; ATE237433T1; DE59709867D1

Abstract

Die Borsten (4') eines Borstenwerkzeuges (1) sind tangential in Drehrichtung Werkzeuges unter einem Winkel (α) ausgerichtet angeordnet. Durch diese Ausrichtung der Borsten (4') wird eine optimale Bearbeitung von Ausnehmungen resp. Ausschnitten einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche erreicht. Die Borsten (4') können beispielsweise zu Bündeln (4) mit rundem oder ovalem Querschnitt zusammengefasst sein, wobei die einzelnen Borsten (4') dabei parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind und auch beim Einsatz des Werkzeuges nicht kegelförmig ausspreizen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Werkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Für die maschinelle Bearbeitung von Werkstückoberflächen und -kanten werden herkömmlicherweise beispielsweise rotierende Borstenwerkzeuge eingesetzt. Diese Werkzeuge weisen eine zur bearbeitenden Oberfläche im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Drehachse und im wesentlichen parallel dazu ausgerichtete Borsten resp. Borstenbündel auf. Bei arbeitendem Werkzeug, d.h. wenn die Drehachse des Werkzeuges angetrieben ist, werden die Borsten in zentrischen Kreisen um die Drehachse über das zu bearbeitende Werkstück geführt. Dabei kommen im wesentlichen die Borstenspitzen in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstückes. Wenn nun das Werkstück in der Oberfläche einen Ausschnitt resp. Öffnung aufweist, so dringen die Borsten in diesen Ausschnitt ein. Durch die Drehbewegung des Werkzeuges und dem Schleifwiderstand durch die Berührung der Borstenspitzen mit der Werkstückoberfläche werden die Borsten im Betrieb leicht nach hinten entgegen der Drehrichtung verbogen. Dadurch streichen die Borstenenden bei einem Ausschnitt nur leicht über dessen Kante und federn danach sofort in ihre Grundstellung, parallel zur Drehachse, zurück. Dadurch wird die Schnittfläche des Ausschnittes praktisch durch die Borsten nicht bearbeitet. An der gegenüberliegenden Schnittkante trifft nun im wesentlichen nicht das Borstenende auf sondern ein Bereich des Borstenkörpers.

Dadurch wird die Borste wiederum in die leicht entgegen der Drehrichtung weisende Richtung ausgebogen und die Borstenspitze kommt nicht in Berührung mit der Schnittfläche und kommt nur kurz in Kontakt mit der Schnittkante.

Derartige herkömmliche Borstenwerkzeuge haben aus den geschilderten Gründen insbesondere für das Entgraten der Schnittkanten von Ausschnitten in der Werkstückoberfläche und der Bearbeitung der senkrecht zur Werkstückoberfläche verlaufenden Schnittflächen einen schlechten Bearbeitungswirkungsgrad.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, ein derartiges Bearbeitungswerkzeug mit Borsten zu finden, welches eine verbesserte Bearbeitungswirkung im Bereich von Ausschnitten von Werkstückoberflächen zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Borstenwerkzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen 2 bis 8.

Durch die erfindungsgemässe Ausrichtung der Borsten in tangentialer Drehrichtung des Werkzeuges ergibt sich eine vorteilhafte Bearbeitung der Schnittkanten von Ausnehmungen resp. Ausschnitten der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Die einzelnen Borsten greifen dadurch zuerst in den Schnittkantenbereich ein, federn bei der weiteren Drehung des Werkzeuges entgegen der Drehrichtung aus und wandern dadurch der Schnittfläche entlang nach unten. Durch die weitere Drehung des Werkzeuges werden die Borsten weiter entgegen der Drehrichtung nach hinten zurückgebogen und anschliessend über die Schnittkante nach oben in Drehrichtung des Werkzeuges abgezogen.

Vorteilhafterweise wird dadurch sowohl die Schnittkante wie die Schnittfläche durch die einzelnen Borsten optimal bearbeitet.

Durch die bevorzugte parallele Anordnung der Borsten wird ein gleichförmiges, definiertes Widerstandsverhalten der Borsten und damit auch ein homogenes Bearbeitungsbild erreicht. Die bevorzugte Einbettung der Borsten in eine Halteschicht führt zu einer gleichförmigen, ebenen Bearbeitungsfläche, gebildet durch die Spitzen der Borsten. Damit entfallen allfällige Nachbearbeitungen von nicht gleichförmig resp. gleichlang vom Werkzeuggrundkörper abragenden Borsten. Dies führt vorteilhafterweise zu einem optimalen Einlaufverhalten, d.h. das Werkzeug weist im Neuzustand keine von der Betriebsphase unterschiedliche Einlaufphase auf.

Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugen nach Anspruch 9 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch 10.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren der beiliegenden Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch die Seitenansicht eines herkömmlichen Werkzeuges;

Fig. 2 den Radialschnitt durch ein erfindungsgemässes Werkzeug;

Fig. 3 den Tangentialschnitt durch den Bereich eines Borstenbündels des erfindungsgemässen Werkzeuges von Figur 2;

Fig. 4 - 6 schematisch der Querschnitt durch ein Werkstück mit einer eingreifenden Borste eines erfindungsgemässen Werkzeuges bei der drehenden Bearbeitung;

Fig. 7 die Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Werkzeuges; und

Fig. 8 die Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung einer einzelnen Borste.

In Figur 1 ist die Seitenansicht eines herkömmlichen Borstenwerkzeuges 1 dargestellt. Dabei sind in einem Grundkörper 2, welcher über eine Achse 3 drehend angetrieben werden kann, eine Viehlzahl von Borstenbündeln 4 angeordnet. Die Borstenbündel 4 werden herkömmlicherweise aus einer Viehlzahl von einzelnen Borsten 4' gebildet, welche am Bündelgrund beispielsweise durch Verschlaufung zusammengefasst sind und mittels Metallklammern zusammengehalten werden. Diese Bündelanordnungen werden in entsprechend ausgebildeten Bohrungen im Grundkörper 2 eingeführt und darin befestigt.

Der Nachteil bei dieser Anordnung ist bereits aus der schematischen Darstellung in Figur 1 ersichtlich, indem die Borstenbündel 4 bedingt durch die geschilderte Anordnung resp. Befestigung im Grundkörper 2 an den freien Enden leicht konisch aufgefächert werden. Dadurch weisen die einzelnen Borsten 4' eines neu hergestellten derartigen Werkzeuges 1 in der Regel leicht unterschiedliche Längen auf. Durch diese unterschiedlichen Längen weisen derartige Werkzeuge ein schlechtes Einlaufverhalten auf, d.h. das Bearbeitungsbild resp. die Bearbeitungswirkung des Werkzeuges ist nicht homogen über die Betriebsdauer. Während der Einlaufphase werden die längeren Borsten stärker beansprucht als die kürzeren Borsten und nutzen damit schneller ab, bis sich durch den Gebrauch des Werkzeuges eine homogene Wirkung durch nun etwa gleich lange Borsten ergibt. Diese Einlaufphase kann nun aber je nach verwendeten Borstenarten und zu bearbeitenden Werkstücken unterschiedlich lang ausfallen und ist nicht bestimmbar. Wenn die zu bearbeitenden Werkstücke nach der Bearbeitung eine homogene Oberfläche aufweisen sollen, muss entweder die Einlaufphase separat und damit unproduktiv durchgeführt werden, bis das erwünschte Wirkungsbild erreicht worden ist, oder es müssen vorgängig die Borsten nach der Herstellung des Werkzeuges auf gleiche Länge bearbeitet werden. Eine derartige Bearbeitung ist einerseits sehr aufwendig und damit auch kostenintensiv und kann bedingt durch die Konstruktion nur mit einer beschränkten Genauigkeit erfolgen.

Ein erfindungsgemässes Werkzeug, wie ein Teilbereich im Radialschnitt in Figur 2 dargestellt ist, vermeidet nun diese Nachteile wirksam. Hier werden die einzelnen Borsten 4' parallel zueinander ausgerichtet vorzugsweise in einer Tragschicht 5 eingebettet am Grundkörper 2 angeordnet. Durch die parallele Einbettung können Borstenbündel 4 mit parallel ausgerichteten Borsten 4' gebildet werden, welche beispielsweise einen runden oder ovalen Querschnitt aufweisenden Zylinder bilden, und nicht konisch aufgefächert sind. Damit wird bereits beim neuen, ungebrauchten Werkzeug eine homogene Bearbeitungsfläche, gebildet aus den freien Enden der Borsten 4', erzielt, welche nicht nachträglich noch auf die korrekte Länge der Borsten 4' bearbeitet werden muss.

Weiter sind die Borsten 4' erfindungsgemässe tangential in Laufrichtung L gesehen unter einem spitzen Winkel α bezüglich der Drehachse 3 des Werkzeuges angeordnet, wie aus dem Tangentialschnitt A-A in Figur 3 hervorgeht. Durch diese Anordnung wird ein gegenüber den herkömmlichen Werkzeugen wesentlich verbesserte Bearbeitungswirkung insbesondere von Ausnehmungen in zu bearbeitenden Werkstücken erreicht, wie nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 6 noch näher erläutert wird.

Figur 4 zeigt schematisch im Schnitt eine einzelne Borste 4' eines erfindungsgemässen Werkzeuges beim Eingreifen auf ein Werkstück 6 resp. in eine darin angeordnete Ausnehmung 7 mit Schnittkante 8 und Schnittfläche 9. Die Borste 4' trifft dabei dank der in Drehrichtung L weisenden Lage mit ihrer Spitze im Bereich leicht unterhalb der Schnittkante 8 auf die Schnittfläche 9 auf.

Durch das weitere Drehen des Werkzeuges in Drehrichtung L wird die Borste 4' mit ihrer Spitze nach unten entlang der Schnittfläche 9 bewegt, wodurch die Schnittfläche 9 bearbeitet wird. In der in Figur 5 dargestellten Verdrehposition hat die Borste 4' ihre unterste Lage erreicht und wird beim weiteren Verdrehen wieder nach oben gezogen.

Bei der weiteren Verdrehung des Werkzeuges, wird die Borste 4' über die Schnittkante 8 gezogen, welche dadurch bearbeitet wird, wie in Figur 6 dargestellt ist. Beim Ueberstreichen einer nachfolgenden Ausnehmung 7 wird die Borste 4' beim Eintauchen in die Ausnehmung 7 wieder in die in Figur 4 dargestellte Lage ausfedern und wie oben beschrieben wirken.

Um die dargestellte Wirkung der Bearbeitung der Schnittkante 8 und der Schnittfläche 9 weiter zu verbessern, können die Borsten 4' anstelle einer glatten, zylinderförmigen Gestalt eine leicht gewellte, korkenzieherartige Gestalt aufweisen, wie in Figur 8 dargestellt ist.

Figur 7 zeigt nun noch die Aufsicht auf die Bearbeitungsfläche eines erfindungsgemäss ausgestalteten Werkzeuges 1. Hier sind nun einzelne Borsten 4' zu jeweils einen runden Querschnitt aufweisenden Bündeln 4 über die Tragschicht 5 mit dem Grundkörper 2 des Werkzeuges 1 verbunden. Die Bündel 4 sind jeweils auf einer Linie radial vom Zentrum des Werkzeuges aus angeordnet, wobei die einzelnen Borsten 4' jeweils parallel nebeneinander unter einem Winkel bezüglich der Werkzeugachse 3 in Drehrichtung L des Werkzeuges ausgerichtet angeordnet sind. Selbstverständlich können die Bündel 4 beispielsweise auf jeweils konzentrisch verlaufenden Bahnen regelmässig beabstandet angeordnet sein.

Die Tragschicht 7 ist vorzugsweise eine Giessharzschicht 5, mit welcher die mittels einer geeigneten Halterung gegen den Grundkörper 2 des Werkzeuges 1 positionierten Borsten 4' vergossen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Borsten 4' jeweils einzeln in die gehärtete Giessharzmasse eingebettet sind, welche eine ideale Verkankerung für die Borsten 4' darstellt. Diese Verankerung bewirkt eine zuverlässige Einspannung des Borstengrundes bei konstantem Winkel α der Borsten.

Durch die Wahl des Borstenmaterials, der Borstenstärke und der Borstenlänge können unterschiedliche Biegewiderstandsmomente der einzelnen Borsten 4' und damit des Werkzeuges 1 eingestellt werden und den Anwendungsbedürfnissen entsprechend ausgestaltete Werkzeugtypen zur Verfügung gestellt werden.

Die erfindungsgemässen Werkzeuge besitzen vorteilhafterweise ein sehr gutes Einlaufverhalten, d.h. es gibt praktisch keine Einlaufphase mit einem gegenüber der nachfolgenden Betriebsdauer geänderten Wirkverhalten. Damit entfallen sowohl allfällige Bearbeitungen der Borstenlängen vor dem Einsatz noch allfällige unproduktive Einlaufphasen bei sofortiger, gleichmässiger Bearbeitungsqualität des Werkzeuges.

Die Wirkung des Werkzeuges lässt sich auch wesentlich besser einstellen resp. definieren aufgrund des definierten Widerstandsverhaltens der Borsten in der Tragschicht und weisen aufgrund der erfindungsgemässen Ausrichtung der Borsten entgegen der Drehrichtung ein besseres Bearbeitungsverhalten der Schnittkanten von Ausnehmungen in zu bearbeitenden Werkstücken auf.

Claims

Werkzeug für die schleifende Bearbeitung von Oberflächen mit einem um eine Werkzeugdrehachse (3) drehbaren tellerartigen Tragkörper (4) mit daran angebrachten Schleifmitteln in Form von im Tragkörper (4) angebrachten und von diesem abragenden Borsten (4') resp. Borstenbündeln (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') resp. Borstenbündel (4) bezüglich der Werkzeugdrehachse (3) unter einem Winkel (α) tangential in der vorgesehenen Betriebsdrehrichtung (L) ausgerichtet sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 5° und 45°, vorzugsweise zwischen 25° und 35° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') resp. Borstenbündel (4) in einer mit dem Tragkörper (2) verbundenen Halteschicht (5) eingebettet sind.
Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteschicht (5) eine Giessharzschicht ist.
Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') jeweils einer radialen Reihe parallel zueinander ausgerichtet in der Halteschicht (5) angeordnet sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') derart angeordnet sind, dass sie sich mindestens gerade nicht mehr berühren.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer radialen Linie bezüglich der Werkzeugachse (3) angeordneten Borsten (4') zueinander parallel ausgerichtet sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') eine gewellte, vorzugsweise gestreckte wendelförmige Gestalt aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') mittels einer Haltevorrichtung in der gewünschten Ausrichtung gehalten und gegen den Tragkörper (2) ausgerichtet werden und danach ein Giessharz auf den Tragkörper (2) im Bereich der Borstenenden aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsten (4') zuerst alle auf die gewünschte, gleiche Länge zugeschnitten werden und derart in der Haltevorrichtung gehalten werden, dass die nach dem Vergiessen vom Tragkörper (2) abstehenden Borstenenden alle dieselbe Höhe aufweisen.