CN101890671A - 用于振动驱动装置的磨削或磨光的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于磨削或磨光的工具，具有驱动电机，该电机具有一定的机器功率(额定消耗功率)且由该电动机可驱动工作轴(14)围绕其纵轴线(22)旋转振动，该工具还具有用于将工具(24，24a)容纳在工作轴上的工具容纳装置，该工具具有用于磨削或磨光的工作面。由工作面积(以平方毫米为单位)和额定消耗功率(以瓦为单位)的比至少为35mm2/W，而由工作面积和固有重量(以克为单位，不包括工具)的比至少为5.5mm2/g。

Description

用于振动驱动装置的磨削或磨光的工具
技术领域
本发明涉及一种具有振动驱动装置的振动工具，该振动驱动装置具有驱动电机，由该驱动电机可驱动工作轴围绕其纵轴线旋转振动，其中工作轴可与工具连接，该工具具有用于磨削或磨光的工作面。
背景技术
WO 87/02924A1公知了此类的振动工具。
公知的振动工具具有振动驱动装置，在振动驱动装置的工作轴上抗扭地容纳以磨削-或磨光工具形式的工具，必要时借助于型面配合进行容纳。振动驱动装置使其工作轴以高频率和小偏转角围绕其纵轴线转动，因此尤其是当使用带有倒圆的外边棱的三角形磨削工具时可以达到特别好的磨削结果。也就是说能够实现沿着纵边棱和在棱角中的磨削。
根据前面所提到的文献，传统造型的磨削-或磨光工具也应可以在振动驱动装置上应用。
在文章开头所提到文献的基础上，为了满足各种各样的任务，近些年来由振动驱动装置驱动的工具得到了越来越多的发展。除了各种各样的表面的磨削和磨光外，这种工具也用于锯、用于切割接缝材料和类似材料等。
然而在实践中表明，在这种类型的振动驱动装置上使用传统的磨削-或磨光工具导致了尤其是在磨削时只产生很少去除量。这样，就为这类振动驱动装置研发了大量用于磨削或磨光的工具，使这些工具符合应用振动驱动装置时的特殊要求。一般这类工具总是具有相对小的工作面积，因为其用于特殊作业，否则会使磨削结果变坏或甚至会出现这类振动驱动装置的超负荷。
因此，在实践中为了磨削较大的平面依然主要使用偏心式磨具或振动磨具。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种带有用于磨削或磨光的工具的振动工具，其在磨削或磨光时导致改善的结果。尤其是要在磨削或磨光时可达到尽可能改善的磨削-或磨光显微图像和尽可能高的去除量。
该目的通过按照文章开头所述类型振动工具如此实现，即工具工作面积(以平方毫米为单位)和驱动电动机额定消耗功率(用瓦为单位)的比至少为35mm2/W。
此外，本发明的目的通过按照文章开头所述类型的振动工具如此实现，即工具工作面积(以平方毫米为单位)和振动工具总重量(以克为单位，不包括工具)的比至少为5.5mm2/g。
本发明的目的以这种方式完全实现。
按照本发明看出，这两个比率是对于尤其在平面磨削时振动工具的生产率的重要的特征值。驱动电动机的功率越高，可以形成的工作面积也就越大。以相应的方式，振动工具的重量越大，原则上工作面积就可以越大。
在现有技术中，工作面积根据振动驱动装置的驱动功率给出，其总是在很大程度上受到振动驱动装置的额定消耗功率或受到其重量限制，因为太大的工作面积被看作是不利的。过大工作面积的后果在于，要么将得到较坏的磨削结果，要么甚至使传动齿轮箱或振动驱动装置的电动机超负荷或损坏。
按照本发明，背弃了现有技术中存在的这种偏见，建议较大的工作面积。
由工作面积和额定消耗功率的比可以优选甚至至少为40mm2/W。
最后，由工作面积和固有重量的比可以优选至少为6.0mm2/g或至少7.0mm2/g。
总之，按照本发明建议比在传统的振动工具时更大的振动工具的工作面积，由此特别适合于平面磨削。
扩大了的振动工具的工作面积优选与用于减少容纳在工作轴上的工具的惯性的各种措施组合。这样，在保持相同的功率时或保持相同的重量下可以应用更大的工作面积。
工作轴与工具之间的连接优选型面配合地(formschlüssig)实现，以便在高负荷时也确保有可靠的力传递。
按照本发明的另一个实施形式，工具具有用于容纳磨料或磨光剂的承载元件以及夹紧元件(Mitnehmerelement)，在该夹紧元件上设置优选以固定孔径形式的型面配合元件，用于与振动驱动装置的工作轴型面配合地连接，其中，夹紧元件与在其上固定有承载元件的护背元件(Rückenelement)连接，其中，夹紧元件具有比护背元件更大的强度，且护背元件由比夹紧元件更轻的材料构成。
通过应用一方面在其上固定有承载元件且另一方面与夹紧元件连接的附加的护背元件，获得了总体上更灵活地设计工具的可能性，尤其是与传统的这类工具相比以更小的惯性构造的可能性。
通过减少惯性可以达到改善磨削或磨光结果的目的。如果与传统的工具相比惯性有明显减少(例如通过应用其它材料)，则在磨削或磨光时得出明显改善的结果。尤其是在减小机器负荷的情况下可以达到更高去除量的目的。
因为夹紧元件比护背元件具有更高的强度且护背元件由比夹紧元件更轻的材料构成，工具在整体上可以具有足够的强度，从而即使是在持续运行中的高负荷下也不会破坏在振动驱动装置工作轴上型面配合的夹紧。另一方面，通过由比夹紧元件明显更轻的材料构成的护背元件，确保了承载元件所需的承载功能，该承载元件一般由诸如聚氨酯-泡沫材料那样的柔性材料构成。这样，整体上保证了整个工具所需的稳定性，然而与传统结构相比整个工具的惯性可以明显减少。
夹紧元件优选具有比护背元件明显更小的面积，且只负责在型面配合的容纳范围中所需的稳定性。相反，护背元件优选延伸至承载元件的外边缘，以便在边缘范围也能保证必须的稳定性。通过这种组合的结构使得工具的惯性明显变小，尤其是实现了相对于型面配合容纳装置的中轴线的变小的惯性矩，利用该容纳装置可以将工具固定在振动驱动装置的工作轴上。
事实表明，利用工具的这种结构特别在磨削时可以达到的结果-例如就磨削显微图和去除量而言-明显胜过偏心磨具磨削作用的结果。以这种方式尤其也使平面加工的应用，即大面积平面磨削或磨光的应用成为可能。
按照本发明的另一个实施形式，夹紧元件由维氏硬度至少为250HV的材料构成，优选至少为320HV，其中该硬度优选最大为840HV。特别优选的范围在420±80HV之间。
以类似的方式，构成夹紧元件的材料的拉伸强度可以优选在1100至2650N/mm2之间，特别优选在1500至1700N/mm2之间。
通过这些措施确保夹紧元件在其型面配合元件的范围中有足够的强度，从而即使在持续运行中也避免被打坏。
夹紧元件可以例如由钢、优选由硬化钢构成，这有利于实现成本低廉的结构。
然而不言而喻，也可以应用其它材料。这些材料确保了在型面配合元件的范围中防止打坏的必要稳定性。
按照本发明的另一个实施形式，护背元件由铝-或镁合金构成。
尤其是铝合金，成本很低且很轻，即使对于在边缘范围对承载元件的支撑都具有必须的稳定性。
按照本发明的另一种结构，护背元件由塑料或复合材料构成。
用这种类型的实施形式，可以使护背元件比譬如说由铝或镁构造的元件更轻。这样，工具的总体惯性能够更进一步减少，因此在磨削或磨光时工具的效力可以更进一步提高。除此之外，塑料或复合材料可以大批量廉价生产。
按照本发明的另一种实施形式，夹紧元件与护背元件是焊接、钎焊或粘接的。
在通过焊接或钎焊时可以产生非常牢固、耐久的连接，粘接则允许成本特别低廉的制造。视所应用的粘接剂而定，为此也可以达到高强度的连接。
按照本发明的另一个实施形式，夹紧元件具有多个凹口，通过这些凹口使夹紧元件的重量减少。
以这种方式使夹紧元件的惯性且因此整个工具的惯性可以进一步减少，此时仍确保有足够的稳定性。
同样，护背元件也可以具有多个凹口，通过这些凹口使护背元件的重量减少，因此也使惯性减少。
按照本发明的另一个实施形式，夹紧元件与护背元件是型面配合地连接的，优选通过嵌接到夹紧元件所属凹口中的护背元件的凸起连接。
以这种方式可以在夹紧元件与护背元件之间达到高强度的结合，该结合也胜任在运行期间的高负荷。尤其是当护背元件由塑料制成时，获得了成本低廉的制造，因为护背元件相应的升高或凸起譬如说用喷射法制造时可以同时随着喷射制成。
在这种实施形式的另外的改进方案中，护背元件的凸起被压制或熔化在夹紧元件的凹口上。
以这种方式在夹紧元件与护背元件之间得出高强度和耐久的结合，其中可以完全放弃额外应用粘结剂。
夹紧元件和护背元件优选是板状设计的，因此确保了整个工具的简单结构。
承载元件优选由弹性体的工具构成，例如聚氨酯泡沫。
然而不言而喻，视应用情况而定为承载元件采用适当的材料，从而也可以使用其它材料。
按照本发明的另一个实施形式，工具是盘形设计的且在其工作侧的范围具有大于100mm、优选大于110mm的直径。
事实表明，在这种实施形式下，应用如申请人用或Supercut名称提供的振动驱动装置在平面磨削时也可以达到特别好的磨削结果。可以例如应用由许多生产厂家为直径约115mm盘形砂轮提供的传统磨料。
在本发明的另一个实施形式中，设置从工作侧开始通过承载元件、护背元件和通过夹紧元件延伸的抽风道。
这样按照本发明的工具，也可以利用直接在工作侧上的同时抽风来磨削。
在独立设计承载元件和护背元件结构的过程中，抽风道的造型和在抽风道的走向中，可以确保比在传统工具情况下更大的设计自由度，传统工具只具有也承担承载元件的承载功能的夹紧元件。
按照本发明的另一个实施形式，承载元件在工具侧具有用于可分开地容纳磨料或磨光剂的吸附元件。吸附元件优选可以由一种搭扣形材料(Klettenmaterial)构成，尤其是由金属搭扣形材料(Metallklettenmaterial)构成。
以这种方式可以应用传统的磨料或磨光剂，这些磨料或磨光剂在很多实施形式中应用于与搭扣形材料的接合。简便更换磨料或磨光剂就得到保证。
不言而喻，承载元件可以具有圆形的工作面或不同于圆形的工作面，例如可以是带有凸起倒圆外边棱的三角形或四角形的工作面，可以是在一侧上有尖端的流线型形式或任意其它形式。
此外不言而喻的是，前面提到的和后面还要阐述的特征不是只在各个所说明的组合中可应用，而是在没有离开本发明的框架情况下也可在其它的组合中或单独应用。
附图说明
本发明的其它特征和优点由下面参照附图对于优选实施例的说明给出。其中：
图1是带有固定在振动驱动装置的工作轴上的工具的振动驱动装置的局部视图；
图2是在容纳在工作轴上的范围中的按照图1的工具的放大剖面图；
图3是从工作侧看按照图1的工具的透视图；
图4是从背面看按照图1的工具的透视图；
图5是从背面看按照图2的承载元件的视图；
图6是按照图5的承载元件的透视图；
图7是按照图2的护背元件的视图；
图8是按照图2的夹紧元件的视图；和
图9是对按照图2的实施方式变形的实施方式的按照本发明的工具的剖面图。
具体实施方式
图1中示出的是公知结构类型的振动驱动装置在其传动齿轮箱头12范围中的视图，该振动驱动装置总体用附图标记10表示。振动驱动装置10具有工作轴14，该工作轴可通过振动传动齿轮箱(未示出)围绕其纵轴线22动圈式振动地驱动。该驱动以例如每分钟振动5000至25000次的高频率和约0.5至7度之间的小偏斜角进行。在工作轴14的外端部固定根据本发明的用于磨削或磨光的工具24。
公知的市场上可得到的振动工具具有与驱动功率(消耗功率[W])或总重量([g]，不带工具)相比相对较小的工作面积。
这样，在市场上可得到的振动工具中，工作面积与驱动功率的比在9.5至33.86mm2/W之间，工作面积与重量的比在2.5至5.42mm2/g之间。
按照本发明建议与消耗功率或重量相比较大的工作面积。
如果应用直径为115mm的盘形砂轮作为工具，用由申请人所经营的型号Fein Multimaster FMM250的振动驱动装置可得出比率为41.42mm2/W及8.66mm2/g。
如果应用直径为115mm的盘形砂轮作为工具，用由申请人所经营的型号Fein Multimaster FMM250Q的振动驱动装置可得出比率为41.42mm2/W及7.42mm2/g。
这意味着明显扩大了在相同驱动下的工作面积。
下面用图2至8详细阐述工具24的构造。
在图2中示出的是按照图1的工具24的放大剖面图，该工具固定在工作轴14的外端部上。
工具24是盘形设计的，在加工面上的直径约为115mm。
工具24具有由钢制造的夹紧元件26，例如由维氏硬度为420HV 50/30的CK85制造。在夹紧元件26上设计有中心固定孔，该孔被设计成型面配合元件34，例如按照图3和4是六角形的。夹紧元件26的六角形型面配合元件34与在工作轴14的轴管18外端部上相应的型面配合元件19协调一致。这样，在夹紧元件26与工作轴14之间产生型面配合。
通过粘接将板状护背元件28固定在夹紧元件26上。护背元件28具有比夹紧元件26更大的面积且优选在工具24的整个直径上延伸。其用于容纳和支撑承载元件30，该承载元件在整个面上与护背元件28粘接。护背元件28例如是由铝合金构成。
承载元件30优选由稍带弹性的材料构成，例如聚氨酯。承载元件30通过吸附元件32封闭在工具24的加工面上，该吸附元件优选以搭扣形材料的形式设计，磨料-或磨光剂可以从外面装到该吸附元件上。
此外，承载元件30具有中心凹口21。按照图7，护背元件28具有中心孔48，该孔的直径稍微小于承载元件30的凹口21的直径，但稍微大于夹紧元件26的型面配合元件34的外部尺寸(参见图8)。
因此，按照图2譬如以销钉16形式的固定装置16可以穿过承载元件30的凹口21引入到工具24中，并在图2示出的夹紧状态中从内部紧贴在护背元件28上且将护背元件28与夹紧元件26一起固定在轴管18上。此时，由于在夹紧元件26上以六角形固定孔形式的型面配合元件34与轴管18上相应构造的型面配合元件19之间的型面配合，导致了型面配合的连接。为此，护背元件28同时用作为挡块36。
除了中心的凹口21，承载元件在当前的情况中还被抽风道38贯穿，该抽风道从工作侧开始起，通过承载元件30、通过护背元件28和通过夹紧元件26延伸，且在夹紧元件26的排出孔40结束。在这一侧可以设置一个适合的抽风装置，以便可以将在磨削过程期间积存的磨削粉尘直接在工作位置上排出。
图5和6展示从背面观察的承载元件30。可以看出，在承载元件30中总共设置八个轴向延伸的通孔42，这些通孔经过一个朝向中心通过内部束带46隔离的分配通道44向护背元件28汇聚。在护背元件28上总共设置三个中间孔50，这些中间孔汇聚到分配通道44中。在与护背元件28粘接的夹紧元件26中又设置套合的排出孔40，这些排出孔与护背元件28的中间孔50对准。
总体上可以确保从工作侧起通过承载元件30、护背元件28和夹紧元件26很有效的抽风。
以固定孔形式的型面配合元件34在所示出的情况中是六角形设计的。然而不言而喻，只要确保与工作轴14所配设的型面配合元件19有相应的匹配，型面配合元件34的任意形状都是可能的。例如，也可以应用十二角形或其它多角形代替六角形。尤其是可以考虑譬如按照美国专利6,945,862，具有凹形倒圆平衡且中间凸形形成的突起的星形紧固。在此完全参见该专利。
在传统的工具中夹紧元件占据承载元件30的整个背面且出于强度原因同样由钢制造，与传统的工具相比，前面所说明的工具24通过用夹紧元件26和与其粘接的护背元件28的两部分的结构设计得明显更轻且关于纵轴线22具有更小的惯性矩。
由于这种结构，可以将本发明的工具有利地结合平面磨削振动驱动装置进行应用。可产生出很强的磨削效果，该磨削果明显胜于用类似大小的偏心磨具的磨削效果。
在图9中示出的是本发明工具的一个变型，整体用24a表示。在对于按照图2的实施方式的变型中，夹紧元件26贯穿有多个凹口62，护背元件28的对应的凸起60型面配合地嵌接到这些凹口中。在背向加工面的背面上，这些凸起从外看譬如是通过热的作用相应扩展的，从而产生出扩展部分64，通过这些扩展部分使夹紧元件26和护背元件28牢固地相互连接。
在这种实施形式中，护背元件28优选由塑料构成，该塑料是通过注塑生产的并在装上夹紧元件26之后通过热的作用融化。以这种方式可以放弃粘接。
在护背元件28上再以前面所说明的方式容纳承载元件30。在承载元件30的工作面上，以搭扣带面形式形成吸附元件32。在按照图9的视图中，在这上面附加地装上磨削-或磨光元件58，该元件通过搭扣锁紧件的作用容易更换地保持在吸附元件32的表面上。
不言而喻，只要有需要，这种结构也还可以附加配备抽风道。
此外不言而喻的是，虽然此处工具是典型作为盘形砂轮示出的，任意形式的工具都是可能的。例如可以是三角形的工具必要时带有凸起倒圆的侧边，可以是四角形的工具必要时带有凸起倒圆的侧边，可以是一边带尖端另一边为圆(流线型)的工具和类似工具等等。本发明的优点在任何情况下都不依赖于工具工作面的形状来实现。

Claims (23)

1.一种具有振动驱动装置的振动工具，振动驱动装置带有驱动电机，驱动电机具有一定的机器功率(额定消耗功率)且由驱动电机能够驱动工作轴(14)围绕其纵轴线(22)旋转振动，其中工作轴(14)能够与工具(24，24a)连接，所述工具具有用于磨削或磨光的工作面，其特征在于，工具的工作面积(以平方毫米为单位)和额定消耗功率(用瓦为单位)的比至少为35mm2/W。
2.如权利要求1所述的振动工具，其特征在于，工作面积和额定消耗功率的比至少为40mm2/W。
3.一种具有振动驱动装置的振动工具，所述振动驱动装置具有一定的固有重量且由振动驱动装置能够驱动工作轴(14)围绕其纵轴线(22)旋转振动，其中工作轴(14)能够型面配合地与工具(24，24a)连接，所述工具具有用于磨削或磨光的工作面积，尤其是具有如上述权利要求中任一项所述的工作面积，其特征在于，工作面积和固有重量(以克为单位，不包括工具)的比至少为5.5mm2/g。
4.如权利要求3所述的振动工具，其特征在于，工作面积和固有重量的比至少为6.0mm2/g。
5.如权利要求3或4所述的振动工具，其特征在于，由工作面积和固有重量的比至少为7.0mm2/g。
6.如上述权利要求中任一项所述的振动工具，其特征在于，工作轴(14)被设计成与工具(24，24a)型面配合地连接。
7.如上述权利要求中任一项所述的振动工具，其特征在于，设置有用于容纳磨料或磨光剂的承载元件(30)以及夹紧元件(26)，在夹紧元件上设置有优选以固定孔的形式设计的型面配合元件(34)，用于与振动驱动装置(10)的工作轴(14)型面配合地连接，夹紧元件(26)与护背元件(28)连接，承载元件(30)固定在护背元件上，夹紧元件(26)具有比护背元件(28)更大的强度，以及护背元件(28)由比夹紧元件(26)更轻的材料构成。
8.如权利要求7所述的振动工具，其特征在于，夹紧元件(26)由维氏硬度至少为250HV的材料构成，优选至少为320HV。
9.如权利要求7或8所述的振动工具，其特征在于，夹紧元件(26)由钢、优选由硬化钢构成。
10.如权利要求7至9中任一项所述的振动工具，其特征在于，护背元件(28)由铝合金或镁合金构成。
11.如权利要求7至10中任一项所述的振动工具，其特征在于，护背元件(28)由塑料或复合材料构成。
12.如权利要求7至11中任一项所述的振动工具，其特征在于，夹紧元件(26)与护背元件(28)焊接、钎焊或粘接。
13.如权利要求7至12中任一项所述的振动工具，其中，夹紧元件(26)具有多个凹口(62)，通过这些凹口使夹紧元件(26)的重量减少。
14.如权利要求7至13中任一项所述的振动工具，其中，护背元件(28)具有多个凹口(62)，通过这些凹口使护背元件(28)的重量减少。
15.如权利要求7至14中任一项所述的振动工具，其特征在于，夹紧元件(26)与护背元件(28)型面配合地地连接，优选经过嵌接到夹紧元件(26)所属凹口(62)中的护背元件(28)的凸起(60)连接。
16.如权利要求15所述的振动工具，其特征在于，护背元件(28)的凸起(60)是压制或熔化到夹紧元件(28)的凹口(62)上的。
17.如权利要求7至16中任一项所述的振动工具，其特征在于，至少夹紧元件(26)或护背元件(28)、优选两个元件(26，28)都是板形设计的。
18.如权利要求7至17中任一项所述的振动工具，其特征在于，承载元件(30)由弹性体材料构成。
19.如权利要求7至18中任一项所述的振动工具，其特征在于，工具(24，24a)是盘形设计的且在其工作侧(54)的范围具有大于100mm的直径，优选大于110mm的直径。
20.如权利要求7至19中任一项所述的振动工具，其特征在于，设置有从工作侧(54)开始通过承载元件(30)、护背元件(28)和通过夹紧元件(26)延伸的抽风道(38，40，42，44)。
21.如权利要求7至20中任一项所述的振动工具，其特征在于，承载元件(30)在工具侧具有用于可分开地容纳磨料或磨光剂(58)的吸附元件(32)。
22.如权利要求7至21中任一项所述的振动工具，其特征在于，吸附元件(32)由搭扣形材料构成，优选由金属搭扣形材料构成。
23.如上述权利要求之一的振动工具，其特征在于，承载元件(30)具有不同于圆形的工作面。
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