DE102007033403A1

DE102007033403A1 - Hohlradbürste oder Innenrundbürste zur kombinierten Schab-Bürstbearbeitung

Info

Publication number: DE102007033403A1
Application number: DE102007033403A
Authority: DE
Inventors: Daniel Landenberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Technisches Problem Für die trennende Bearbeitung von zerklüfteten Werkstücken mit tiefen Kavitäten stehen nur sehr wenige automatisierbare Fertigungsverfahren zur Verfügung. Sehr häufig ist bei zerklüfteten Werkstücken mit tiefen Kavitäten das Strahlen nicht mehr zur Bearbeitung geeignet und es müssen Bürstverfahren mit manueller Vorschubbewegung eingesetzt werden. Lösung Durch die Erfindung können einfache und komplexe, zerklüftete Werkstücke (1) mit tiefen Kavitäten weitgehend automatisiert, mit geringem Anpassungsaufwand durch Bürsten trennend (im Sinne der DIN 8580) bearbeitet werden. Um die Bearbeitung durchführen zu können, muss eine Innenrund- oder Hohlradbürste (2) verwendet werden, bei der die Borsten (3) auf der Innenseite eines Zylinders angeordnet sind. Bei der Bearbeitung liegen die Rotationsachse des Werkzeugs (4) und die Rotationsachse des Werkstücks (5) nicht aufeinander, so dass bei gleicher Werkzeugdrehrichtung (6) und Werkstückdrehrichtung (7) die innen liegenden Borsten des Werkzeugs auf der Oberfläche des Werkstücks entlanggleiten können und dadurch eine trennende Bearbeitung ermöglicht wird. Anwendungsgebiete Die Erfindung kann zur automatisierten Reinigung oder Oberflächenfeinbearbeitung von komplexen Werkstücken (zum Beispiel Turbinenlaufrädern von Turboladern) genutzt werden.

Description

Angabe des technischen Gebiets der Erfindung
Die Erfindung wird zum Zwecke der trennenden Bearbeitung (vorzugsweise Reinigung und Zerspanung) von Werkstücken genutzt.
Stand der Technik
Die mechanische Bearbeitung und Reinigung mit Bürsten ist in Normen und Veröffentlichungen dokumentiert. Der Aufbau und die Bezeichnungen von Komponenten der Bürstwerkzeuge sind in der DIN 68346 festgelegt.
Der Einsatz der Bürsten zur mechanischen Bearbeitung bzw. zur Zerspanung wird in der DIN 8589 Teil 8 mit dem Titel Bürstspanen beschrieben. Typische Anwendungsgebiete des Bürstspanens sind das Bürsthonen zur flexiblen Bearbeitung von Zylinderlaufbahnen, das Entgraten z. B. von Wendeschneidplatten oder Getriebegehäusen oder das Aufrauen von Oberflächen zum Beschichten.
Häufige Anwendungsgebiete des Bürstens im Bereich Reinigen sind das Entrosten und Entzundern, das Entlacken, das Putzen von Schweißnähten und die Unterstützung einer Reinigung mit Chemikalien. Die Reinigung mit Bürsten erfolgt oft manuell beispielsweise mit Drahtbürsten oder mit elektrisch angetriebenen rotierenden Bürsten. Die Vorschubbewegung wird dabei fast ausschließlich manuell erzeugt.
Ferner existieren zwar Erfindungen mit Bürsten, welche das Werkstück umschließen ( DE-OS4037944 ). Diese sind jedoch nur Werkstücken mit vergleichsweise geringen Erhebungen auf der Oberfläche geeignet, da Werkzeug- und Werkstückachse aufeinander liegen. Aufgrund dieser Werkstück-Werkzeug-Anordnung wäre bei großen Erhebungen auf der Oberfläche und Kavitäten keine Relativbewegung zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeug möglich ohne das Werkzeug zu zerstören.
Problemstellung
Die mechanische Bearbeitung und Reinigung von komplexen Werkstücken mit Hinterschneidungen und tiefen Kavitäten ist heute wirtschaftlich meist nur durch Strahlen (nach [DIN8200]) oder mit manuellen Verfahren möglich.
Es bestehen zwar erste Ansätze zur Bearbeitung der Bauteile auf CNC-Maschinen mit Bürstwerkzeugen (z. B. Pinselbürsten), bedingt durch den Programmieraufwand sind diese Verfahren aber selten wirtschaftlich.
Bei der Aufarbeitung von Werkstücken mit Hinterschneidungen und tiefen Kavitäten (z. B. Turbinenräder von Turboladern) wird bei der Reinigung durch Strahlen zum Zwecke des Entzunderns häufig nicht die gewünschte Reinigungswirkung erzielt. Entweder ist die Reinigungswirkung bei wenig Druck und schonenden Strahlmedium zu gering oder es werden bei zu aggressiven Medien und zu hohem Druck die Bauteile beschädigt.
Deshalb wurde für komplexe Werkstücke mit Hinterschneidungen und tiefen Kavitäten ein alternatives, nicht auf dem Strahlen basierendes Verfahren zur Reinigung und Oberflächenbearbeitung entwickelt, bei dem der Einfluss der Prozessparameter eindeutig bestimmt werden kann. Dazu wurden zunächst Versuche mit am Markt erhältlichen Bürsten (Rundbürsten, Pinselbürsten) durchgeführt. Dabei konnte jedoch kein befriedigendes Ergebnis erzielt werden, da entweder die Bearbeitungswirkung zu gering oder das Programmieren bzw. der Versuchsaufbau zu aufwendig und damit zu wenig praxisrelevant waren.
Problemlösung
Die Erfindung besteht aus einer Bürste mit innenliegenden Borsten zur trennenden Bearbeitung komplexer Oberflächen. Die Oberflächen der Werkstücke sind typischerweise zerklüftet, besitzen tiefe Kavitäten und weisen Hinterschneidungen auf. Die Bewegung der Borsten auf der Werkstückoberfläche setzt sich aus bürstenden, schleifenden und schabenden Komponenten zusammen. Bei der schabenden Bewegung steht die Borste nicht senkrecht auf der Oberfläche. Die Borstenachse und die Werkstückoberfläche schließen einen sehr kleinen Winkel ein.
Diese Bewegungen der Borsten auf der Werkstückoberfläche werden durch eine Verfahrenskinematik ermöglicht, bei der die Werkzeugrotationsachse nicht auf der Werkstückrotationsachse liegt.
Bei der Bearbeitung von komplexen Werkstücken mit Hinterschneidungen wie Turbinenrädern mit der Erfindung haben das Werkzeug und das Werkstück im Eingriffspunkt die gleiche Umfangs-/Winkelgeschwindigkeit. Das Werkstück (passiv) kann durch die Bewegung des Werkzeugs (aktiv) oder das Werkzeug (passiv) durch die Bewegung des Werkstücks (aktiv) angetrieben werden. Weiterhin ist auch ein aktiver Antrieb von Werkzeug und Werkstück möglich, wenn sich Werkstück und Werkzeug im Eingriffspunkt mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit bewegen.
Im Einzelnen werden durch die Erfindung die nachfolgend beschriebenen Vorteile erreicht:
Das Verfahren kann flexibel bei unterschiedlichen Werkzeuggeometrien eingesetzt werden (siehe 1). Bei zerklüfteten Werkstücken (1) wie Turbinenrädern passen sich das Bürst-Werkzeug (2) und die Borsten (3) durch die Verfahrenskinematik der Geometrie des Bauteils an, wobei in 1 zur Veranschaulichung nur eine Borste dargestellt ist. Durch die Verfahrenskinematik gleiten bzw. schaben die Borsten (3) auf der Oberfläche des Werkstücks entlang und dringen in Hohlräume, Kavitäten, Hinterschneidungen oder ähnliches ein.
Das Verfahren kann weiterhin sehr gut an die Eigenschaften der zu bearbeitenden Oberfläche angepasst werden. Abhängig von den gewählten Borsten erfolgt eine spanende oder nur eine reinigende Bearbeitung der Oberfläche, wenn die Oberfläche empfindlich ist.
Ferner ist die Reinigungswirkung im Vergleich zum Strahlen bei schmalen, tiefen Nuten besser, da im Gegensatz zum Strahlen die Reinigungswirkung an den Seitenflächen nicht mit zunehmender Nuttiefe abnimmt.
Aufbau der Bürste (siehe auch 2) und Verfahrenskinematik
Die Bürste besteht aus einem Schaft (4) z. B. zur Aufnahme in einem Spannfutter und zur Lagerung und/oder zur Übertragung der Antriebsenergie. An den Schaft schließt sich ein Zylinder mit Bodenfläche (5) an. Je länger der Zylinder ausgeführt ist, umso länger kann auch das zu bearbeitende Werkstück sein.
Auf der Innenseite des Zylinders in der nähe des offenen Endes sind die Borsten angebracht. Diese können ähnlich wie in 3 illustriert in einzelnen Segmenten (6) befestigt sein, was den Austausch bei Verschleiß begünstigt, oder direkt mit dem Zylinder gefügt werden.
In 4 wird ein Schneideneingriffspunkt (7) dargestellt, in dem die Umfangsgeschwindigkeiten (8) von Werkzeug und Werkstück gleich groß sind. Ferner zeigt 4 den Drehpunkt des ohne Borsten dargestellten Werkzeugs (9) sowie des Werkstückumrisses (10).
5 zeigt das Verfahren in perspektivischer Ansicht. Dabei liegen die Achse (11) des Werkzeugs (12) und die Achse (13) des Werkstücks (14) nicht aufeinander.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4037944 A [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 68346 [0002]
- DIN 8589 [0003]
- DIN8200 [0006]

Claims

Hohlradbürste oder Innenrundbürste zur kombinierten Schab-Bürstbearbeitung, bei der die Borsten auf der Innenseite des Werkzeugs angebracht sind. Das Werkzeug hat im Vergleich zum Werkstück einen sehr viel größerem Durchmesser (5), wodurch bei zerklüfteten, rotationssymmetrischen Werkzeugen eine kombinierte Schab-Schleif-Bürstbearbeitung der Werkstückoberfläche, die auch automatisiert durchgeführt werden kann, möglich ist.
Werkzeug und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Werkstück- und die Werkzeugachse nicht aufeinander liegen (5). Dadurch ist bei der verfahrenskennzeichnenden Rotation von Werkzeug und Werkstück jederzeit eine Relativbewegung zwischen Werkzeugschneiden und Oberfläche des Werkstücks gewährleistet.
Werkzeug und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine geführte Vorschubbewegung (15) ausführt. Die Vorschubbewegung kann in Achsrichtung des Werkstücks und/oder parallel zu Oberflächen des Werkstücks ausgeführt werden.
Werkzeug und Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen NC-gesteuert auf einer Werkzeugmaschine ausgeführt werden.
Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Borsten aus Metallen, Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen hergestellt sind.