CN101036553B - 刷子总成和利用其对工件表面进行加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刷子总成(3)，具有旋转驱动的刷子保持件(10，11)和具有刷毛圈(8)的环形刷子(4，5)，所述刷毛圈(8)具有向外伸出的刷毛(5)，设有插入旋转刷毛圈(8)中的制动件(14)，该制动件(14)制动刷毛(5)一定时间，从而使在释放刷毛后由于制动而储存的动能通过刷毛(5)附加地冲击加工材料(19)的表面。

Description

刷子总成和利用其对工件表面进行加工的方法
技术领域
本发明涉及一种刷子总成，该刷子总成具有一个旋转驱动的刷毛保持件和环形刷子，所述环形刷子具有带向外竖起的刷毛的刷毛圈。
背景技术
DE 43 26 793C1介绍了这种类型的刷子总成。这种刷子总成已经被证明是有效的。
除此之外，DE 10 2004 021 188A1公开了一种刷子总成，这种刷子总成具有一个研磨体，以便对刷毛尖进行再研磨，这样可以直接在被加工材料表面上看到所需要的粗糙度。JP 2001334453可以与之相比。
US 2 751 616中像US 4 619 708一样公开了一种圆柱形的清理刷，其具有设在外圆周上的刷毛。其中也具有一个止挡。但是，其中明显缺少一个旋转驱动的刷毛保持件，这种保持件用于在此分开的环形刷子，所述环形刷子具有带向外伸出的刷毛的刷毛圈。
已知的刷子总成已经经受住了考验，尽管粗糙度在50μm，60μm或甚至大于70μm这种界限不能令人满意。然而至今为止通常只能用喷砂实现这种粗糙度。事实上要求这种粗糙度，以便例如在涂层处理之前对各个材料表面进行预加工，这样就能可靠地保证涂层的牢固。但出于环保的原因，所述的喷砂受到日益增多的限制。例如要从工件表面揭下涂层就要使用必要的砂子，通常是砂垃圾，这种砂垃圾引起很高的成本。除此之外，喷砂还要求费用昂贵的设备空间和附带的保护措施，以便对不需加工的上表面予以保护。这都需要时间和费用。
发明内容
基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种前述实施例的刷子总成，从而利用这种刷子总成在材料表面上实现可与至今为止只能通过喷砂加工得到的粗糙度相比的粗糙度。
为解决上述技术问题，在本发明的范围内针对所述类型的刷子总成建议一种插入旋转刷毛圈中的制动件，该制动件将刷毛制动一定时间，从而在释放刷毛后所储存的(利用制动件通过制动产生的)动能便通过刷毛对材料表面或材料上表面进行附加的冲击式工。
根据本发明插入旋转刷毛圈中的制动件还用于将刷毛暂时地，即一定时间地制动。制动件是可调的并且可以根据需要插入刷毛圈中接着再从其中出来或使刷毛不再进行冲击。
在制动件插入刷毛圈中并暂时制动刷毛期间内，动能存储在刷毛中和/或环形刷中。这是由于制动件相对旋转刷毛和环形刷子位置固定地(但是在必要的时候也可以在径向上和/或轴向上是可调地)设置。由此使遇到制动件的刷毛变形或相对环形刷子改变其角度，从而利用这种方法储存(动)能量，即变形(弹性)能。
因为刷毛随旋转驱动的刷子保持件一起相对位置固定的制动件运动，所以一旦刷毛过了制动件，刷毛便被制动件放开并处于这样一个位置，即在该位置上刷毛和/或环形刷子中所存储的动能在很短的时间内释放，由此对欲加工材料表面进行冲击式加工。
根据本发明，通常与刷毛圈相切设置的材料表面不仅仅是由刷毛进行滑过式的加工，刷毛还附加地冲击式地与欲加工材料表面相碰。这主要是由于通过制动件使刷毛首先从其径向轨道相对旋转中心或旋转轴线偏转所造成的。
实际上，刷毛在经过制动件的时候相对于环形刷子上表面不会再处于一个几乎是垂直的位置，而是由于制动件的作用相对环形刷子上表面被强制处于锐角经过的状态。在通过制动件以后，刷毛由于其弹性迅速地返回相对环形刷子上表面基本垂直的位置。
显然，刷毛相对环形刷子上表面也可以从所述的垂直经过的过程马上偏转进入锐角位置。制动件用于在刷毛通过的时候使刷毛强制进入另一个、在此偏转的位置中。尽管在通过制动件的时候当然也可以设想一种角度变大的情况，并且本发明也包括这种情况，但是通常角度都是在变小。在任何情况下制动件都保证，就刷毛角度变化而言，刷毛相对于环形刷子上表面有一个变化，从而使其在通过制动件后马上弹性地返回其初始位置并在这个过程中对材料表面进行所希望的加工。
利用刷毛快速返回的过程，尤其是从其相对环形刷子上表面成锐角的方向变成垂直的过程中，刷毛的相关刷毛尖变化地画出一个圆弧，这个圆弧与材料表面不是相切接触的。这个圆弧构成一个锐角，由此就可以解释刷子的冲击式加工。由于刷毛不是相切地而是成一个锐角地接触材料表面，因而形成一种锤击式的加工。当然这也取决于刷毛尖是否被预先弯曲了一个角度并以这种方式根据需要加强或减弱锤击效果。
总之利用这种方法，刷毛尖的切入角被改变并实现各个刷毛在与材料表面接触之后可靠地弹回。这是必要的，由于最终对材料表面只形成一种锤击加工而没有随之进行的研磨加工。这将使所得到的粗糙度再减小。为了优选这种效果，刷子总成的转数和/或切入角要相互适应。显然，被加工材料表面的硬度并不重要。
结果本发明可以在材料表面上实现迄今为止只能通过喷砂处理实现的粗糙度。事实上，这种粗糙度大于50μm，尤其是大于60μm，最好是大于70或75μm至100μm以上。这种粗糙度是平均粗糙度(以符号Ra表示一个在标准段内轮廓偏离的绝对值的数学中间值，例如DIN 4764，DIN ISO 1302)。
前面关于粗糙度的描述涉及到非合金钢，尤其是ST 37型的非合金钢作为材料。
有利的是制动件在一个预先给定的角位置上插入刷毛圈。当制动件与竖在材料表面上的法线之间的角度为10°至70°，尤其是20°至60°并且最好是25°至45°的时候就保证了上述关系。除此之外，制动件也可以是旋转刷子工具的机器壳体和/或其保护罩的一个组件和/或与之相连接。
通常制动件涉及与旋转刷子工具本身无关的一个总成，通常是一个具有圆柱形结构的销子。其中，制动件在径向上插入刷毛圈这样深，以至于刷毛圈的外圆周表面和制动件的外圆周表面相互重叠。这样，保护罩就可以保持相对于刷毛圈的外圆周表面的设定的并且是预先确定的距离，同时与制动件一起工作，也不要求有适应调整。也就是说，根据本发明刷子总成非常适用于装配到例如一个已有的旋转刷子工具上，这种刷子工具也具有一个制动件。
将制动件设置在其中安装有刷子总成的旋转刷子工具的机器壳体上是有效的。这可以通过一个托架或类似物来实现。
通常环形刷子具有一个刷带，刷带上固定有向外伸出的刷毛。这种刷带保证在刷毛通过制动件的时候从其相对环形刷子表面或刷带表面的垂直位置顺利地相对所述上表面过渡到锐角过程并将由此而产生的动能主要地并弹性地存储在刷带中。
刷子保持件通常具有一个距离套，该距离套将两个端盘保持在相间一个距离的位置上。距离套用于接收刷带。但是也可以不设距离套。此时，环形刷带替代了距离套的功能。当刷毛在转动方向上具有向前倾斜的刷毛尖的时候是有利的。这可以加强所述的刷毛或刷毛尖的冲击效果，因为刷毛尖几乎是垂直地与材料表面相遇并产生已经描述过的锤击效果。
本发明的主题也是一种旋转刷子工具，如以下所描述的那样，同时还是一种如下面所述的用于对材料表面进行加工的方法。本发明尤其涉及一种特殊的刷子。
因此要介绍刷子总成、旋转刷子工具以及用于对材料表面进行加工的方法，例如这些可以在工具表面上形成那种迄今为止只能用喷砂实现的粗糙度。本发明通过至少一个制动件实现本发明所涉及的内容，这种制动件插入旋转刷毛圈中。利用该方法将刷毛制动一定时间，并且通过所存储的动能使旋转刷毛和/或环形刷子弹性变形。这将使刷毛在通过制动件后(很短的时间)由于所存储的动能的释放不仅是旋转地而且是冲击式地对材料表面进行加工。
另一个优点是，由于这种特殊的加工方式使得无需修复使刷毛尖变尖，就可以在环形刷子的整个使用寿命中得到基本一致的粗糙度。这也适用于根据本发明所使用的各种不同的刷子。如果要提高粗糙度，则建议使刷毛再锋利一些。因为已经知道，通过磨锐刷毛就可以使粗糙度提高至少20％或更高。为了实现这种磨锐，本发明最好具有一个磨轮或类似的磨体。
在此可以这样实现这种结构，即利用刷子总成的不同旋转方向，一方面进行加工而另一方面进行磨削。在一个旋转方向上，制动件插入刷毛圈中，而在另一个旋转方向上所述磨体或者改变或者补充地对刷毛尖进行加工。总之可以想象到的是，磨体的启动和移动与转换到和脱离另一个旋转方向相关联。
本发明例如可以利用U形刷毛作为刷毛，这种U形刷毛插在刷带上并锚固于其中。在本发明的范围内，在这个位置上也可以设置另一种材料，例如塑料，用于形成刷毛。由此可知，很明显地可以考虑组合材料。
有利的是使用塑料刷毛进行加工，这种刷毛的刷毛尖处具有金属球或类似的冲击工具(也可以是石材的)。在这种情况下，聚乙烯、聚四氟乙烯还有聚丙烯作为塑料材料比较适宜。
由于通过制动件、与之相关的刷毛的倾斜以及其快速返回而产生的刷毛的类似于摆动式的动作将在刷带中被放大，这将加强刷毛尖在材料表面上的所述的冲击效果。假如需要，可以对制动刷毛的制动件进行冷却。有利的是制动件是中空的，这样流过的或冷却的空气便可以用作所述的旋转刷子工具的冷却介质。除此之外，当然也可以通过例如设置对冷却制动件有利的珀尔帖元件(Peltierelement)实现这种温差电偶效果。
本发明建议为刷子总成保留其自己的驱动马达，例如气动马达，当然还有电动马达，内燃机等。因此可以看出，通过保留制动件可以相对没有制动件而言将粗糙度明显地提高30％以上。当然也可以提高50％以上。假如还同时对刷毛尖(以有规律的间距)进行磨锐处理，便可以明显地提高可比较的粗糙度。这样就提供了一种刷子总成或一种旋转刷子工具，其可以对材料表面进行迄今为止只能用喷砂完成的粗糙加工。另外还可以看到，每单位面积上的刷毛数量比已知环形刷子的少。这样就可以减少在制动件上的摩擦，而不会改变前面所述的粗糙度的提高率。利用该方法，不会由制动件对驱动产生过大的载荷，并且不会由于摩擦的增加而在制动件处产生热的问题或过热。实际上，在各个使用面积上最多16根刷毛/平方厘米比较适宜。因此，在各个使用面积上沿着环形刷子的圆周面设置四个缺口是有利的。显然，也可以设置多个缺口，并且这也是包括在本发明之中的。同样，原则上设置三个或两个缺口或者可以考虑根本不设。这也是一个基本的优点。
附图说明
下面将结合仅仅表示一个实施例的附图对本发明做进一步描述，其中：
图1是一个根据本发明旋转刷子工具的立体图，所述刷子工具包括被驱动的刷子总成；
图2和3分别是处于工作状态的刷子总成的详细视图；
图4是具有独立零件的刷子总成。
具体实施例
图1表示一个旋转刷子工具，这个刷子工具具有一个机器壳体1和一个仅仅示意表示的驱动单元2，该驱动单元2用于驱动刷子总成3并且安装在壳体1中。刷子总成3具有一个环形刷子4，5，这个环形刷子在本实施例中非限定性地由一个刷带4和连接在刷带4上、向外翘起的刷毛5构成。
可以看出，刷毛5相对旋转中心或旋转轴线6径向延伸并基本上垂直于环形刷子4，5的表面或刷带4的表面竖起。刷毛5是钢制的U形刷毛，其插入附图4中仅仅示意表示的接收孔7中并贯穿插入这些孔中。所述接收孔7设在刷带4中。刷毛5形成一个具有缺口9的刷毛圈8。环形刷子4，5由一个通过驱动单元2驱动的旋转刷子保持件10，11支撑。实际上，刷子保持件10，11由两个端盘10组合而成，这些端盘通过一个定距套11被保持在相间的位置上。但也可以不设置定距套11，而是由环形刷子4，5的刷带4代替定距套11的功能。
从附图4可以看出，两个端盘10具有轴向隔板12，端盘10利用这些轴向隔板12在缺口9的范围内夹持住环形刷子4，5或刷带4。两块端盘10利用设置于其中的定距套11分别将刷带4和连接于其上的刷毛5加紧，以便将环形刷子4，5可靠地固定在旋转刷子工具的驱动单元2的驱动轴13上。根据本实施例并且是非限定性地在刷带4的圆周上均匀分布三个缺口9。当然也可以设置四个缺口9，其中插入相应的轴向隔板12。在各个缺口9之间的各个安装面上，刷毛5的密度非限定性地最大为16根刷毛/平方厘米。也可以是14根刷毛/平方厘米。
本发明中基本上有一个插入旋转刷毛圈8中的制动件14。这个制动件14非限制性地为一个例如圆柱形销子14，通过一个托架15将这个销子14连接在旋转刷工具的机器壳体1上。制动件14或销子14与驱动单元2的驱动轴13或旋转轴6平行地设置在托架15上，并且例如是用螺钉连接在托架5上。制动销子14的长度被选择与刷带4的宽度基本相等，从而使制动销子14在轴向上的长度不超过环形刷子4，5。
制动销子14相对转动的环形刷子4，5是位置固定地设置的，但是也可以例如按照箭头方向在径向上进行调整，从而插入刷毛5或刷毛圈8中并再从其中滑出。因此，制动件14本身自然也可以在轴向上调整，但图中没有表示。除此之外，制动件14最好具有一个冷却设备或冷却装置，这些在图中也没有表示。
可以看出，制动件14在径向上插入刷毛圈8这样深，以至于制动件14的外表面16和刷毛圈8的外表面17基本上一致。这样就可以将一个仅仅示意表示的保护罩18以其相对刷毛圈8的距离没有变化地安装机器壳体1上，而不管制动件14安装与否。制动件14相对材料19的上表面或相对材料上的法线N成α角，在本实施例中该角度的取值在30°至40°之间。显然，相对旋转刷子工具的保护罩18而言制动件14也可以是机器壳体1的一个组件。
刷毛5具有在图2和3中以箭头所示的旋转方向上向前倾斜的刷毛尖5’，当然这不是必须的。总之根据所描述的拓扑学可以实现，刷毛5不仅仅是在材料19的表面上进行研磨式地加工，而且还会对其进行击打式的加工。这将如下详细所述地实现了本发明。由于制动件14插入刷毛圈8中，刷毛5将被制动一定的时间，这个时间的长度是：制动件14使或可以使刷毛5和/或环形刷子4，5总体上弹性屈服地变形。
事实上，在本实施例的范围内并且是非限制性的，因为通常强制垂直竖在刷带4上的刷毛5相对刷带4的上表面处于一个锐角的位置，所以主要是刷带4由于制动件14而变形。然后是刷毛尖5’或刷毛5在其旋转过程中受到制动件14的阻碍，而接收孔7和刷带4却不变地继续转动。通过同时观察图2和3可以看到在制动件14通过的时候的锐角位置。
一旦刷毛5相对刷带4表面形成一个锐角，在该角度的情况下刷毛尖5’不能再由制动件14阻挡住，刷毛5便猛地弹回。在这个过程中，刷毛尖5’画出一个圆弧20，这个圆弧20偏离刷毛圈8的表面17或其所属的圆弧。这种偏离在接触点或接触面21处表达为一个相对法线N的角度β，在所述的接触点上刷毛5或刷毛5的刷毛尖5’与材料19的表面相接触或在其上研磨式地滑过。在没有制动件14的情况下，刷毛5在接触点21处实际上是以一个基本垂直的角度与材料19的表面相接触，这是因为材料19的表面通常是相切地保持在或指向刷毛圈8的外表面17。
由于越过制动件14而由刷毛5画出的圆弧20与刷毛圈8的外表面17偏离，在圆弧20和法线N之间的角度β就不再是直角了，而是一个尖锐的锐角。其结果是，刷毛尖5’在接触点21或所属的接触面的区域中几乎是垂直地与材料19的表面相接触并因此而具有相对材料19的表面垂直的速度分量，参见附图2和3所示。与此相应，刷毛5或其刷毛尖5’便冲击式地或似乎是锤击式地在接触面21的开始区域中作用于材料19的表面，然后转入一种常规的研磨加工。
制动件14用于将刷毛5制动一定时间。在释放后，将在一个非常短的时间间隔中释放由制动而在环形刷子4，5中所积蓄的动能，并通过刷毛5对材料19的上表面进行附加的锤击加工。事实上，这种动能主要是储存在刷带4中，因为在刷带4中呈一种相对圆柱形轨迹的偏转，就像附图3中所表示的那样，在附图3中以附图标号22表示了这种偏转。

Claims (12)

1.刷子总成(3)，用于对加工材料的表面进行加工，具有旋转驱动的刷子保持件(10，11)和具有刷毛圈(8)的环形刷子(4，5)，所述刷毛圈(8)具有向外伸出的刷毛(5)，其特征在于，设有插入旋转的刷毛圈(8)中的制动件(14)，该制动件(14)制动刷毛(5)一定时间，从而使在释放刷毛后由于制动而储存的动能通过刷毛(5)附加地冲击加工材料(19)的表面。
2.如权利要求1所述的刷子总成，其特征在于，制动件(14)位置固定地、可适当调整地、在一个预先确定的角度位置中相对旋转轴(6)插入刷毛圈(8)中。
3.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，制动件(14)径向上插入刷毛圈(8)这样深，使得制动件(14)的外表面(16)和刷毛圈(8)的外表面(17)基本一致。
4.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，制动件(14)连接在具有刷子总成的旋转刷子工具的机器壳体(1)和/或保护罩(8)上。
5.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，制动件(14)与旋转轴(6)的连线，相对加工材料(19)表面的法线(N)成一个角度(α)，该角度在10°至70°之间。
6.如权利要求5所述的刷子总成，其特征在于，所述角度(α)是20°至60°。
7.如权利要求6所述的刷子总成，其特征在于，所述角度(α)是25°至45°之间。
8.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，环形刷子(4，5)具有刷带(4)，该刷带(4)具有连接于其上并向外竖起的刷毛(5)。
9.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，刷子保持件(10，11)具有两个通过定距件(11)分开的端盘(10)。
10.如权利要求1或2所述的刷子总成，其特征在于，刷毛(5)具有在旋转方向上预先倾斜的刷毛尖(5’)。
11.旋转刷子工具，该旋转刷子工具包括刷子总成，且具有机器壳体(1)和用于刷子总成(3)的驱动单元(2)，刷子总成(3)包括旋转驱动的刷子保持件(10，11)和环形刷子(4，5)，所述环形刷子(4，5)具有带向外伸出的刷毛(5)的刷毛圈(8)，其特征在于，设有插入转动的刷毛圈(8)的制动件(14)，制动件(14)制动刷毛(5)一定时间，从而在释放刷毛后，由于制动刷毛而存储的动能通过刷毛(5)对材料(19)的表面进行附加的冲击加工。
12.利用刷子总成(3)对材料(19)表面进行加工的方法，所述刷子总成(3)具有旋转驱动的刷子保持件(10，11)和环形刷子(4，5)，所述环形刷子具有向外伸出的刷毛(5)，旋转的刷毛(5)被制动件(14)制动一定时间，由于制动刷毛(5)而储存动能，刷毛(5)弹性地变形，从而由于通过制动件(14)后被释放的、所储存的动能使刷毛(5)不仅旋转地而且同时冲击地对材料(19)的表面进行加工。
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