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Die
Erfindung betrifft ein Bürstwerkzeug
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie eine mit einem solchen Bürstwerkzeug
bestückte Werkzeugmaschine.
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Derartige
Bürstwerkzeuge
werden zur Oberflächenbehandlung
von Werkstücken
verwendet, wie zum Beispiel dem Reinigen oder Entgraten von Werkstücken, an
welchen durch einen vorausgegangenen mechanischen Arbeitsprozess,
etwa einem Schneide-, Fräs-
oder Bohrprozess, Grate oder scharfe Kanten und damit verbundene
Verunreinigungen entstanden sind.
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Aus
der Gebrauchsmusterschrift
DE
201 02 690 U1 ist eine Entgrateinrichtung mit wenigstens
einem Bürstwerkzeug
bekannt, das eine rotierende Trägerplatte
aufweist, in der wenigstens eine Bürste gehalten und axial oder
in einem Winkel zur Rotationsachse der Trägerplatte angeordnet ist. Weiterhin weist
das Bürstwerkzeug
wenigstens eine beabstandet und verdrehfest zur Trägerplatte
angeordnete Führungsplatte
auf, durch die die wenigstens eine Bürste mit ihren frei austretenden
Borsten geführt
ist.
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Das
bekannte Bürstwerkzeug
sitzt auf einem verstellbaren Schlitten und ist fester Teil der
Entgrateinrichtung. Bei derartigen Entgrateinrichtungen handelt
es sich jedoch um kostspielige Einzelanfertigungen des Spezialmaschinenbaus,
deren Anschaffung sich nur in der Großserienfertigung rentieren,
wo eine Vielzahl an Werkstücken
bearbeitet werden und der Platz für eine solche Sondermaschine
in der Fertigungsstraße
vorhanden ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bürstwerkzeug
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches auch ohne den
hohen Investitionsaufwand einer vollständigen Entgratmaschine einsetzbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
ein gattungsgemäßes Bürstwerkzeug
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches
1. Indem die Trägerplatte
und die Führungsscheibe
drehfest mit einer eine Rotationsachse aufweisenden Aufnahmeeinrichtung
verbunden sind, welche zur auswechselbaren Kupplung mit einer Antriebseinrichtung
vorgesehen ist, wird ein Bürstwerkzeug
zum Entgraten und/oder Reinigen von bearbeiteten Werkstücken bereitgestellt,
welches in sämtlichen
Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen kann, die eine geeignete Schnittstelle
zwischen ihrer Antriebseinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung des
Bürstwerkzeugs
aufweisen. Die Vielseitigkeit der Verwendung des Bürstwerkzeugs
wird dabei über
die Gestaltung seiner Aufnahmeeinrichtung, das heißt deren
maschinenseitigen Anteils, bestimmt. Das Bürstwerkzeug kann dabei mehrere
auf einem Teilkreis um seine Rotationsachse verteilt angeordnete Borstenbündel in
Form einer Topfbürste
aufweisen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist die Aufnahmeeinrichtung einen Kegelabschnitt auf, der zum Festspannen
in der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Mit Vorteil können hier
standardisierte Flächenspannfutter
mit Kegelschaft zur Aufnahme des Bürstwerkzeugs in der Antriebseinrichtung
verwendet werden. Es stehen damit bereits genormte Schnittstellen zwischen
Werkzeugen und einer Werkzeugmaschine, insbesondere deren Antrieb,
zur Verfügung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist die Aufnahmeeinrichtung einen Greifbund mit ringförmiger Nut auf.
In die Nut des Greifbundes kann ein Geifarm einer Werkzeugmaschine
ansetzen, um das Bürstwerkzeug
zu fassen und dieses automatisch etwa gegen ein anderes Werkzeug
auszutauschen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist die Aufnahmeeinrichtung eine Verstelleinrichtung auf, mittels
der die Trägerplatte
relativ zur Führungsscheibe längs der
Rotationsachse verschiebbar ist. Hierdurch kann bei vorgegebenem
Abstand der Führungsscheibe
zur Oberfläche
des Werkstückes
die Trägerplatte mit
den darin festgeklemmten Borstenbündeln unabhängig von der Führungsscheibe
zugestellt werden. Dies ermöglicht
einen Ausgleich des Verschleißes der
Borstenbündel
durch axiale Zustellung in Richtung Werkstück.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
ist die Verstelleinrichtung als Gewindeverbindung ausgebildet. Über die
Steigung der Gewindeverbindung wird eine Drehbewegung in eine Axialbewegung
der Trägerplatte
umgesetzt, wodurch sich die Zustellbewegung mit hoher Genauigkeit
vornehmen lässt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist die Verstelleinrichtung Feststellmittel zur Fixierung einer
eingestellten Lage der Trägerplatte
aufweist. Hierdurch kann ein eingestellter Borstenüberstand gehalten
werden, da die Trägerplatte
gegen Verstellung etwa durch den Bearbeitungsprozess gesichert ist.
Dies gestattet eine reproduzierbar hohe Bearbeitungsqualität.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
ist zwischen Trägerplatte
und Führungsscheibe
eine die Aufnahmeeinrichtung umschließende Schmutzabdeckung angeordnet
ist. Mit Vorteil passt sich die Schmutzabdeckung dem jeweils eingestellten
Abstand zwischen Trägerplatte
und Führungsscheibe an.
So kann die Schmutzabdeckung als Kegelstumpffeder in Form einer
kegeligen Schraubendruckfeder aus Band mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet
sein. Sie schützt
beispielsweise die Gewindeverbindung der Verstelleinrichtung vor
Verunreinigungen durch den entstandenen Bearbeitungsabrieb oder
von zugeführtem
Kühl- oder
Schmiermittel.
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In
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
verläuft
ein Kanalsystem für
die Zufüh rung
von Kühl-
und/oder Schmiermittel durch die Aufnahmeeinrichtung und durch die
Trägerplatte
und/oder Führungsscheibe und
mündet
direkt an dem mindestens einen Borstenbündel. Hierdurch kann Kühl- und/oder
Schmiermittel von innen direkt an den Ort der Wärmeentwicklung beim Bürstvorgang
gebracht werden. Durch die Zuführung
von Kühl-
und/oder Schmiermittel innerhalb der Führungsscheibe wird diese direkt
gekühlt. Dies
ist insbesondere bei der Bearbeitung von Mangan-haltigen Werkstücken wichtig,
da die dabei auftretende Wärmeentwicklung
eine Brandgefahr darstellt. Neben der erhöhten Prozesssicherheit durch ein
Nassbürsten
werden auch wesentlich höhere Standzeiten
des Bürstwerkzeugs
erzielt. Dadurch erfolgt eine Verbesserung etwa von Entgratergebnisse, da
die Verrundungen gleichmäßiger sind
und die Oberflächengüte besser.
Dies führt
wiederum zu einer Verbesserung der Abtragleistung sowie zu kürzeren Durchlaufzeiten
der Werkstücke.
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Vorzugsweise
weist das Kanalsystem des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs in der Führungsscheibe
einen zentralen Verteilerraum und von diesem zu je einer Mündung an
einem Borstenbündel verlaufende
Radialkanäle
auf. Bei einer Vielzahl an Borstenbündeln wird die Wärmeabfuhr
dadurch erreicht, dass der Führungsscheibe
in den zentralen Verteilerraum Kühl- und/oder Schmiermittel
zugeführt
wird und dieses dann durch die Rotationsbewegung als Folge der Zentrifugalkraft
durch die Radialkanäle,
die an je einem Borstenbündel
münden,
zugeführt.
Dadurch wird Kühl-
und/oder Schmiermittel genau an den Ort der Wärmeentstehung gebracht. Außerdem wird
die Führungsscheibe
flächig
durch ein sternförmiges
Muster an Radialkanälen
gekühlt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist das Kanalsystem einen in der Aufnahmeeinrichtung verlaufenden
Axialkanal auf, der in den zentralen Verteilerraum mündet. Aufnahmeeinrichtungen
in standardisierter Ausführung
sind ebenfalls mit einem Axialkanal verfügbar, in den etwa von einem
Reservoir einer Werkzeugmaschine Kühl- und/oder Schmiermittel zuführbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
ist mindestens eine der Mündungen
eines der Radialkanäle
an einer der Rotationsachse zugewandten Seite des Borstenbündels angeordnet.
Indem die Mündungen an
den Innenseiten der Borstenbündel
angeordnet sind, wird das Kühl-
und/oder Schmiermittel durch die Fliehkraft im Betrieb des Bürstwerkzeugs
in das Borstenbündel
hineingedrückt
und kann von dort zu den freien Enden der Borsten ablaufen, um so
an die Bearbeitungsfläche
am Werkstück
zu gelangen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
weist die Führungsscheibe
einen Grundkörper
mit Bohrungen zur Durchführung
je eines Borstenbündels
und eine Deckplatte auf, wobei die Radialkanäle durch sich im Grundkörper radial
erstreckende Nuten und durch die diese lateral verschließende Deckplatte
gebildet sind. Hierdurch wird eine besonders kostengünstige und
einfache Konstruktion und Fertigung der Führungsscheibe mit Radialkanälen bereitgestellt.
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Ferner
ist mit Vorteil eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes, welche
eine Antriebseinrichtung zur Ausführung einer rotatorischen und/oder
translatorischen Vorschubbewegung umfasst, derart mit einem erfindungsgemäßen Bürstwerkzeug
gekuppelt, dass die Führungsscheibe
in einem konstanten Abstand zum zu bearbeitenden Werkstück haltbar
ist. Beim Einsatz in solchen Universal-Werkzeugmaschinen wird deren
Vorrat an Werkzeugen um das erfindungsgemäße Bürstwerkzeug bereichert, was
deren Bearbeitungsvielfalt erhöht.
Typischerweise ist das Werkzeug in einer Spannvorrichtung festgehalten,
gegenüber
der das Bürstwerkzeug
die Vorschubbewegungen ausführt. Durch
den konstanten gehaltenen Abstand der Führungsscheibe zur Werkstückoberfläche wird
ein gleich bleibender Borstenüberstand
und damit ein konstantes Bearbeitungsergebnis erreicht.
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Vorzugsweise
umfasst die Werkzeugmaschine ein Reservoir an unterschiedlichen
Werkzeugen für
die Bearbeitung eines Werk stückes
und ist zum automatischen Auswechseln von Werkzeugen zwischen zwei
Bearbeitungsvorgängen
ausgebildet. Ein Werkstück
kann damit von ein und derselben Maschine zunächst durch den Einsatz von
Fräs- oder
Bohrwerkzeugen und anschließend
mittels eines erfindungsgemäßen Bürstwerkzeuges
bearbeitet werden, und zwar ohne Maschinenwechsel und ohne manuellen
Werkzeugwechsel.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante
ist die Werkzeugmaschine als Industrieroboter ausgebildet. Beispielweise
kann an der sechsten Achse des Roboters die Aufnahmeeinrichtung
des erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
um die Rotationsachse drehbar eingespannt sein, wobei ein Getriebemotor
als Antriebseinrichtung angeflanscht ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
sowie weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen nachfolgend
näher erläutert, in
deren
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1 eine
Seitenansicht einer ersten Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
im teilweisen Längsschnitt,
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2 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
im Längsschnitt,
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3 einen
Teilquerschnitt durch die zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
in Höhe
der Trägerplatte,
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4 eine
Seitenansicht der ersten Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Bürstwerkzeugs
mit Kanalsystem im Längsschnitt
schematisch
veranschaulicht sind.
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Gemäß 1 bis 4 weist
ein Bürstwerkzeug 10 eine
Vielzahl von Borstenbündeln 20 – beispielsweise
achtzehn – auf,
die auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt
in eine Trägerplatte 30 mit
ihrem oberen Ende eingespannt sind. Die Borstenbündel 20 werden paarweise
durch kreissegmentförmige Klemmelemente 31 gehalten,
die mittels Klemmschrauben 32 von außen an der Trägerplatte 30 befestigt
sind. Ein Borstenbündel 20 besteht
aus einer Vielzahl an Borsten, beispielsweise aus Nylon, die an ihrem
einen Ende pinselartig zu einem Bündel zusammengebunden sind.
Die freien Enden der Borstenbündel 20 sind
durch Bohrungen 43 einer zur Trägerplatte 30 beabstandeten
Führungsscheibe 40 geführt und
bilden einen aus der Führungsscheibe 40 heraus
stehenden Überstand.
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Die
Trägerplatte 30 und
die Führungsscheibe 40 sind
drehfest mit einer rotationssymmetrischen Aufnahmeeinrichtung 50 verbunden,
welche eine Rotationsachse R definiert. Die Trägerplatte 30 weist
ein zentrisches Durchgangsloch auf und ist über einen zylindrischen Bürstenabschnitt 52 der
Aufnahmeeinrichtung 50 geschoben, während die Führungsscheibe 40 an
der Stirnfläche
des Bürstenabschnittes 52 befestigt
ist. Die Aufnahmeeinrichtung 50 weist an ihrem dem Bürstenabschnitt 52 abgewandten
Ende einen Kegelabschnitt 51 auf, der zum Festspannen des Bürstwerkzeugs 10 und
damit zur dessen Kupplung mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung
beispielsweise einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist. Mit Vorteil
werden hier Standard-Flächenspannfutter
nach DIN 69871 A mit Kegelschaft nach DIN 2080 AT 3 zur Aufnahme
in der Antriebseinrichtung verwendet. Das Bürstwerkzeug 10 führt im Betrieb eine
rotatorische Vorschubbewegung VR um die
Rotationsachse R aus. Zusätzlich
kann dieses eine translatorische Vorschubbewegung VT relativ
zum zu bearbeitenden Werkstück
W überlagert
werden. Beim Vorschub streifen die freien Enden der Borstenbündel 20 über die
Oberfläche
des Werkstückes
W und runden dabei vorhandene Grate und scharfe Kanten ab oder entfernen
Verunreinigungen. Die Aufnahmeeinrichtung 50 weist zwischen
dem Kegelabschnitt 51 und dem Bürstenabschnitt 52 einen
Greifbund 54 auf, in dem eine ringförmige Nut eingearbeitet ist.
In diese Nut mit trapezförmigem
Querschnitt kann ein Greiforgan einer Werkzeugmaschine ansetzen,
um einen automatischen Werkzeugwechsel vorzunehmen.
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Damit
zwischen Führungsscheibe 40 und Werkstück W stets
ein optimaler Borstenüberstand vorliegt,
weist die Aufnahmeeinrichtung 50 eine Verstelleinrichtung 60 bzw. 70 auf,
mittels der die Trägerplatte 30 relativ
zur Führungsscheibe 40 längs der Rotationsachse
R verschiebbar ist. Tritt ein Verschleiß der Borsten auf, so kann über die
Verstelleinrichtung 60 bzw. 70 eine Zustellbewegung
Z der Borstenbündel 20 vorgenommen
werden, um so den für
ein optimales Bearbeitungsergebnis erforderlichen Borstenüberstand
von etwa 18 bis 20 mm wieder herzustellen.
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In
einer ersten Ausführungsvariante
gemäß 1 weist
die Aufnahmeeinrichtung 50 im Bürstenabschnitt 52 eine
achsparallele Nut 53 auf, in die eine Passfeder 67 formschlüssig eingreift.
Die Passfeder 67 ist mit der Trägerplatte 30 mittels
einer Schraube 66 fest verbunden, wodurch die Trägerplatte 30 ihre drehfeste
aber längs
der Rotationsachse R verschiebbare Verbindung mit dem Bürstenabschnitt 52 erlangt.
Die Verstelleinrichtung 60 umfasst eine Verstellmutter 61,
die auf einen entsprechenden Gewindeabschnitt 56 des Bürstenabschnittes 52 aufgeschraubt
ist. Auf die Trägerplatte 30 ist
mittels Befestigungsmitteln 65 eine Kupplungsplatte 64 befestigt, die
einen ringförmigen
Steg aufweist. Mit ihrem Steg greift die Kupplungsplatte in eine
ringsförmige
Nut der Verstellmutter 61 ein, sodass die axiale Bewegung
der Verstellmutter 61 bei deren Verdrehen über die
Kupplungsplatte 64 auf die Trägerplatte 30 übertragen
wird. Dabei bewegt sich die Passfeder 67 längs der
Nut 53. Zur Fixierung eines eingestellten Borstenüberstandes
ist auf den Gewindeabschnitt 56 eine Feststellmutter 62 benachbart
zur Verstellmutter 61 aufgeschraubt. Durch Feststellschrauben 63 werden
die Muttern 62, 63 axial gegeneinander verspannt,
sodass sie sich nicht von selbst lösen können. Alternativ können die
Verstellmutter und die Feststellmutter auch einteilig ausgebildet
sein; solche einteiligen Stellmuttern sind im Handel erhältlich.
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In
einer zweiten Ausführungsvariante
gemäß 2 und 3 weist
die Aufnahmeeinrichtung 50 im Bürstenabschnitt 52 drei
achs parallele und im 120°-Abstand
zueinander angeordnete Nuten 53 auf, in die je eine Passfeder 77 formschlüssig eingreift. Die
Passfedern 77 sind mit der Trägerplatte 30 über in Radialbohrungen 33 eingeführte Schrauben 76 fest
verbunden, wodurch die Trägerplatte 30 ihre drehfeste
aber längs
der Rotationsachse R verschiebbare Verbindung mit dem Bürstenabschnitt 52 erlangt.
Die Verstelleinrichtung 70 umfasst eine Verstellmutter 71 mit
Innengewinde, die in eine stirnseitige Axialbohrung 55 in
den Bürstenabschnitt 52 etwa durch
Einspressen festgesetzt ist. Die Verstellmutter 71 weist
an ihrem Umfang drei achsparallele Nuten auf, in die die Passfedern 77 eingreifen,
wobei die durch die Passfedern 77 geführten Schrauben 76 bis in
die Verstellmutter 71 eingreifen. In das Innengewinde der
Verstellmutter 71 ist eine durch die Führungsscheibe 40 in
die Axialbohrung 55 geführte Bundschraube 72 eingedreht.
An ihrem Bund ist die Bundschraube 72 durch Feststellmittel 75 gegen
axiale Verschiebung und gegen selbsttätiges Drehen gesichert. Die
Feststellmittel 75 können
als O-Ring oder
Kunststoffeinlage ausgebildet sein. Ein aktives Drehen der Bundschraube 72 bewirkt
eine axiale Verschiebung der Verstellmutter 71 und damit
der Trägerplatte 30 mit
ihren Borstenbündeln 20.
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In
beiden Ausführungsvarianten
ist gemäß 1 und 2 zwischen
Trägerplatte 30 und
Führungsscheibe 40 eine
den Bürstenabschnitt 52 der Aufnahmeeinrichtung 50 wenigstens
teilweise umschließende
Schmutzabdeckung 80 angeordnet. Die Schmutzabdeckung ist
als Kegelstumpffeder aus Band ausgeführt und passt sich so dem jeweils
eingestellten Abstand zwischen Trägerplatte 30 und Führungsscheibe 40 an.
Sie schützt
beispielsweise die Gewindeverbindung der Verstelleinrichtung 60 bzw. 70 vor
Verunreinigungen durch den entstandenen Bearbeitungsabrieb oder
vor zugeführtem
Kühl- und/oder
Schmiermittel.
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Um
die beim Bürstprozess
entstehenden Wärme
abzutransportieren weist das Bürstwerkzeug in
der Ausführungsvariante
nach 1 ein Kanalsystem 90 für die Zuführung von
Kühl- und/o der Schmiermittel
K/S auf. Gemäß 4 führt ein
Axialkanal 91 innerhalb der Aufnahmeeinrichtung 50,
der in einen zentralen Verteilerraum 92 in der Führungsscheibe 40 mündet. Am
in der Führungsscheibe 40 durch
Befestigungsschrauben 57 verankerten, unteren Ende der
Aufnahmeeinrichtung 50 schließen sich innerhalb der Führungsscheibe 40 verlaufende
Radialkanäle 93 an,
die durch sich in einem Grundkörper 41 der
Führungsscheibe 40 radial
erstreckende Nuten 42 und durch die diese lateral von oben
verschließende
Deckplatte 44 gebildet sind. Das Kühl- und/oder Schmiermittel
K/S wird durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben, wo es durch
die Mündungen 94 aus
den Radialkanälen 93 austritt
und an die durch die Bohrungen 43 der Führungsscheibe 40 geführten Borstenbündel 20 gelangt.
Damit steht das Kühl-
und/oder Schmiermittel K/S direkt an dem Ort zur Verfügung, an
welchem die prozessbedingte Wärmeentwicklung
stattfindet.
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Die
Kühl- und/oder
Schmiermittelversorgung erfolgt von innen, d.h. die Kühlung bzw.
die Schmierstoffversorgung findet an optimaler Stelle statt. Dies führt zu einer
verbesserten Wärmeabfuhr
und dadurch zu einer höheren
Prozesssicherheit. Es können
wesentlich höhere
Standzeiten des Bürstwerkzeugs
erreicht werden. Es werden verbesserte Entgratergebnisse in Form
von einer gleichmäßigen Verrundung
und einer verbesserten Oberflächengüte erreicht.
Dies führt
schließlich
zu einer Verbesserung der Abtragleistung und zu kürzeren Durchlaufzeiten der
Werkstücke.