DE1628800C - Gerät zum Behandeln von Oberflächen mittels Schwingungen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Behandeln, Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird

insbesondere Reinigen, Polieren od. dgl. von Ober- also einmal durch die Übertragung der Schwingung

fläche/i mittels mechanischer Schwingungen mit über das dünnwandige Schwingungsgehäuse eine

einem Schwingungsgehäuse, welches mit der Halte- praktisch dämpfungsfreie Übertragung auch hoch-

rurig für ein Behandlungswerkzeug verbunden ist und 5 frequenter Schwingungen erreicht, während anderer-

in dessen Innerem eine motorisch in einer zylindri- seits der Antrieb mechanisch elektrisch erfolgt und

sehen Bahn antreibbare Masse derart gelagert ist, daß das Gerät infolgedessen an den in jedem Haushalt

die Schwingungen auf das Schwingungsgehäuse und verfügbaren Strom angeschlossen werden kann, im

damit auf das Behandlungswerkzeug übertragen Gegensatz zu der mit vertikalen Schwingungskompo-

werden. io nenten arbeitenden zuletzt genannten bekannten Ein-

Bei einem bekannten Gerät dieser Art (USA.- richtung, bei welcher Preßluft zur Verfügung stehen Patentschrift 3 166 772) wird einer Reinigungsbürste muß. Durch die Verwendung eines dünnwandigen eine Schwingbewegung dadurch übertragen, daß im Schwingungsgehäuses werden die Schwingungen der Stiel der Bürste ein Schwingungserreger in Form einer Masse elastisch nachgiebig auf das Behandlungswerk-Unwuchtmasse angeordnet ist, der der Bürste eine 15 zeug z. B. ein Reinigungskissen übertragen. Es wer-Schwingbewegung in einer parallel zur zu reinigen- den außerdem Resonanzschwingungen im Gehäuse den Fläche liegenden Ebene durch Luftkoppelung er- weitgehend vermieden und insbesondere auch eine teilt. Bei dieser bekannten Anordnung wird zwar eine gute Luftkopplung zwischen der rotierenden Masse relativ schnelle Schwingung und damit eine relativ und der Halterung für Behandlungswerkzeuge erschnelle Hin- und Herbewegung der Bürste erreicht, 20 reicht. Dazu ist das Schwingungsgehäuse vorteiljedoch ist der Auflagedruck der Bürste oder eines an hafterweise im wesentlichen kugelförmig ausgebildet. Stelle der Bürste verwendeten anderen Behandlungs- Um in dem dünnwandigen Schwingungsgehäuse Werkzeuges ausschließlich vom Gewicht des gesam- eine Verstärkung für die Lagerung der exzentrisch ten Gerätes abhängig und wird durch die Schwingung drehbaren Masse zu erreichen, ist vorzugsweise der selbst nicht beeinflußt. Dadurch erfolgt auf der zu 35 zur elastischen Lagerung der Masse dienende Abreinigenden Fläche nur eine einer reinen Kehrbewe- schnitt des Schwingungsgehäuses als starrer Sockel gung vergleichbare Bewegung ohne zusätzliche ausgebildet, der nach außen verläuft und eine mit Druckausübung auf die Fläche, so daß die Behänd- dem Inneren des Schwingungsgehäuses in Verbinlungswirkung gering ist und insbesondere die Gefahr dung stehende Bohrung mit einem elastischen Lager besteht, daß fest haftende Verunreinigungen nicht 30 aufweist. Dabei kann vorzugsweise der starre Sockel entfernt werden. zur Befestigung eines Handgriffes dienen.

Bei einem anderen bekannten Gerät (USA.- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

Patentschrift 3 166 773) erfolgt zwar eine Schwin- Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher er-

gungserregung auch in vertikalen Richtungen, jedoch läutert. In den Zeichnungen zeigt

wird diese Schwingung durch abwechselndes Ab-.35 Fig. 1 eine Schrägansicht auf ein erfindungs-

sperren von über- bzw. nebeneinander angeordneten, gemäßes Gerät,

in horizontaler Richtung ausblasenden Luftöffnun- F i g. 2 teilweise im Schnitt eine Ansicht von vorn

gen durch einen durch die Luft in Gang gesetzten, in und das Schwingungsgehäuse und

einer Ausnehmung des Gehäuses frei bewegbaren und das Schwingungsgehäuse, und

scheibenartigen Ventilkörper angeregt, und die 40 Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in

Schwingungsübertragung erfolgt auf das Behänd- F i g. 2.

lungswerkzeug mechanisch über einen elastischen Auf einem Werkzeughalter 10 ist ein Schwingungs-Puffer. Bei dieser bekannten Anordnung ist die er- erreger 11 angeordnet, an welchem ein Handgriff 12 regte Schwingung an sich relativ gering, so daß in befestigt ist. Das Gerät ist zur Bearbeitung einer Verbindung mit der mechanischen stark dämpfenden 45 Fläche 13 dargestellt. Der Werkzeughalter besteht aus Übertragungsanordnung nur sehr langsame Schwin- einem rechteckigen Körper 15 der eine Kammer 16 gungen auf das Behandlungswerkzeug übertragen bildet. Nach innen gerichtete schräge Ränder 17 und werden können. Schwingungen mit hoher Frequenz, 18 an den Enden der Seitenwände 19 und 20 beinsbesondere solche, die im unteren Teil des hörbaren grenzen die Seiten der Kammer 16. Die Stirnseiten Frequenzbereiches liegen, können durch diese mecha- 50 der Kammer sind offen, wie in F i g. 1 und 2 erkennnische elastische Übertragung nur mit starken Ver- bar ist.
lusten übertragen werden. In der Mitte auf der Oberseite 21 des Körpers 15

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Auf- ist ein Sockel 22 vorgesehen. Dieser kann, wenn ge-

gabe, ein Gerät der eingangs erwähnten Art mit einer wünscht, mit dem Körper 15 aus einem Stück geformt

motorisch in einer zylindrischen Bahn antreibbaren 55 sein oder es kann, wenn der Körper 15 aus Blech

Masse zu schaffen, bei welchem Schwingungen hoher hergestellt ist, der Sockel an diesem in beliebiger

Frequenz möglichst dämpfungsfrei auf das Behänd- Weise befestigt sein. Am Sockel 22 ist ein kugelför-

lungswerkzeug in vertikaler Richtung übertragen wer- miges Schwingungsgehäuse 23 befestigt, das eine

den können. Kammer 24 bildet. Das Schwingungsgehäuse 23 be-

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Gerät 60 steht aus einem unteren Abschnitt 25 und aus einem der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die oberen Abschnitt 26. Der untere Abschnitt 25 ist mit Masse um eine Drehachse im wesentlichen parallel dem Sockel 22 und mit dem Körper 15 aus einem zum Behandlungswerkzeug exzentrisch drehbar an- Stück, z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff gegeordnet ist, und daß ein Ende der Masse in einer formt. Der untere Abschnitt 25 und der obere Ab-Bügelanordnung gelagert ist, welches sich an derHalte- 65 schnitt 26 sind miteinander längs einer Umfangslinie rung für das Behandlungswerkzeug abstützt, während 27 mittels eines Ringes 28 verklebt,
das andere Ende elastisch in einem Abschnitt des Ein als Behandlungswerkzeug 30 dienendes Kissen dünnwandigen Schwingungsgehäuses abgestützt ist. in Form eines zweiteiligen schwammartigen Materials

besteht aus einer unteren Lage 31 und aus einer oberen Lage 32, welche Lagen durch eine Klebstoffschicht 33, die für Flüssigkeiten undurchlässig ist, miteinander verbunden sind. Die untere Lage 31 kann aus einem leicht schleifend wirkenden Material wie steife Nylonfasern, einem bürstenartigen Material oder ein Material, in welchem ein körniges Schleifmittel wie Siliciumcarbid, eingebettet ist, bestehen.

Die obere Lage 32 besteht vorzugsweise aus natürlichem Schwamm oder einem porösen Celluloseschwamm, der das Vielfache seines Gewichts an Wasser aufsaugen kann.

Der Schwingungserreger wird in erster Linie durch die Massedes Motors 35 in einem Gehäuse 36 gebildet. Ein Ansatz 37 an dem einen Ende des Motorgehäuses ist mit einer aus schraubenförmigem Draht gebildeten Trägerhülse 38 versehen, die eine elastische Lagerung für dieses Ende des Gehäuses 36 in einer Bohrung 39 innerhalb eines einen Sockel bildenden Ausschnittes 40 bildet. Durch den Sockel erstreckt sich eine Stellschraube 41 in Eingriff mit der Trägerhülse 38, um diese in ihrer Lage zu halten. Ein erweiterter Teil 42 der Bohrung bildet den Raum für die Bewegung des Ansatzes 37.

Aus einem Endteil 43 des Gehäuses 36 ragt eine Motorwelle 44, die exzentrisch an einer Kurbelscheibe 45 befestigt ist. Von der Kurbelscheibe 45 aus erstreckt sich zentrisch ein Wellenstummel 46, der in einem Schwenklager 47 gelagert ist. Das Lager ist am oberen freien Ende eines Bügels 48 angeordnet. An seinem unteren Ende trägt der Bügel eine Sockelplatte 49, die am Sockel 22 mit Hilfe von Schrauben 50, 51 sowie eines Epoxyharzklebstoffes befestigt ist.

Leitungsdrähte 55 und 56 für den Elektromotor 35 sind durch eine Einbettungsmasse 57 in einem Durchgang 58 geführt, wobei die Einbettungsmasse als Schallwellenisolierung und Dämpfungsmedium sowie als Abdichtungsmittel dient. Die Leitungsdrähte 55 und 56 erstrecken sich durch das hohle Innere 59 des Handgriffes 12 und Dämpfungsscheiben 62, 63 durch eine Kappe 60 nach außen. In den einen der Drähte ist ein Ein- und Ausschalter 61 geschaltet. Der Handgriff ist durch einen elastischen Klebstoff 64 auf einem Schaft 65 des Sockels verbunden.

Ferner erstrecken sich von der Unterseite des Körpers 15 Ansätze'66 und 67 in die Kammer 16 und sind an ihrer Apßenseite in Form mehrerer Ringe aufgerauht. Durch die Ansätze erstrecken sich Röhrchen 68 und 69, an welche Schläuche 70 und 71 angeschlossen sind, die mit einem Vorratsbehälter 72 für Behandlungsflüssigkeit verbunden sind, öffnungen 74 und 75 im Behandlungswerkzcug 30 dienen zur Aufnahme der Ansätze 66 und 67 und halten das Kissen in der richtigen Lage im Werkzeughalter.

Die Drehmasse des Motors 35, der innerhalb des Schwingungsgehäuses 23 angeordnet und durch dieses geschützt ist, wird periodisch zur Drehung um ihre exzentrische Lagerung im Gehäuse 47 angetrieben und erzeugt eine sinusförmige Antriebskraft in einer Richtung vertikal nach unten am Sockel 22. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn bei einer Stromquelle von 110 Volt ein Motor verwendet wird, der mit etwa zwischen 45 und 70 Watt betrieben wird und Schallwellen von einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz von beispielsweise 50 bis 150Hz erzeugen kann.

Die in der beschriebenen Weise durch die Drehmasse 35 erzeugte mechanische Energie wird auf den Werkzeughalter 10 übertragen, der eine wesentlich kleinere Masse als die Masse 35 des Schwingungserregers hat. Zur vollen Ausnutzung dieser Antriebs-

•5 kraft ist der Mittelpunkt des Trägheitshalbmessers der Masse 35 unmittelbar oberhalb und in Ausfluchtung mit der Mitte des Werkzeughalters 10 und so angeordnet, daß die resultierende, auf diese Weise freigesetzte mechanische Energie mit dem Werkzeughalter 10 in einem nahezu dynamisch ausgewuchtetem Zustand gekoppelt wird. Die auf diese Weise entwickelte und innerhalb der leichten Masse des Werkzeughalters 10 freigesetzte mechanische Energie von besonderer Art hat zur Folge, daß das Material des Werkzeughalters nach jeder Seite der Gleichgewichtsstellung in einer Richtung senkrecht nach unten mit abwechselnden Druck- und Zugperioden in sinusförmiger Weise und mit einer Grundfrequenz verlagert wird, die sich mit der Drehgeschwindigkeit

ao der Masse des Motors 35 in Phase befindet und dieser ähnlich ist.

Es ist wichtig, daß der Werkzeughalter 10 aus einem gering elastischen, dünnen Material von sehr geringem Gewicht hergestellt ist, damit er frei in Resonanz mit der Grundfrequenz der Energiequelle schwingen kann. Die resultierende Frequenz der mechanischen Energie, die auf diese Weise im Werkzeughalter erzeugt wird, ist analog der Wirkung einer Lautsprechermembrane, die mechanisch und sinusförmig durch die mechanische Energie des Ankers einer Oszillatorspule verlagert wird. Die resultierende, in Resonanz befindliche mechanische Energie von einer besonderen Frequenz, die auf diese Weise innerhalb der dargestellten Ausführungsform des Werkzeughalters 10 erzeugt wird, wird zum größten Teil in Kompressionsschallwellen umgewandelt, die vertikal nach unten von der Innenfläche des Werkzeughalters 10 eingeleitet und übertragen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient der Werkzeughalter 10 ferner als Richtkoppler für eine gerichtete Übertragung von Schwingungsenergie durch das Kissen 30 senkrecht zur Fläche 13, an welcher diese Energie freigesetzt wird. Der Betrag der hierbei auf die Fläche 13 übertragenen Schall-

♦5 wellenenergie und mechanischen Energie ist proportional der Winkelgeschwindigkeit der Drehmasse und das Produkt seiner Verlagerung ihres Massenzentrums von der Drehachse.

Es ist wichtig, daß die auf diese Weise an der Fläche 13 freigesetzte Schwingungsenergie von außerordentlich hoher Amplitude ist, damit die untere Lage 31 des das Behandlungswerkzeug 30 bildenden Kissens z. B. die Oberflächenverschmutzung von der Fußbodenfläche entfernen kann. Die hierbei an der Fläche 13 freigesetzte Energie ist zum größten Teil eine Kombination von Schallenergie und mechanischer Energie im unteren Schallbereich und wird in senkrechter Richtung zu der erwähnten Fläche übertragen. Außerdem ergibt sich eine weitere Quelle sehr viel geringerer mechanischer Energie aus der Massenträgheit der Drehmasse des Motors 35, welche Energie eine begrenzte seitliche Bewegung des Kissens, gesehen in Fig. 2, nach rechts und links verursacht. Diese Bewegung erzeugt gekuppelt mit der dritten Energiebewegung, die darin besteht, daß die Werkzeughalter- und Kissenkombination in Ausfluchtung mit dem Handgriff 12 über die Bodenfläche vor- und zurückbewegt wird, eine Kombination von

drei Energiebewegungen, die an der Bodenfläche wirksame und rasche Arbeit verrichten.

Da die erwähnte Schallenergie eine ungewöhnlich hohe Amplitude hat, verursacht die wechselweise Umkehrung dieser Energie bei ihrer Grundfrequenz eine außerordentlich starke Kavitation innerhalb des Kissens und innerhalb des zwischen diesem und der Fläche 13 befindlichen Reinigungsmediums.

Die dadurch erzielte Wirkung ist etwa ähnlich der Implosionswirkung, welche durch Ultraschallwellenenergie erzeugt wird, wenn diese zum Reinigen der Oberflächen von Materialien innerhalb eines Bades verwendet wird.

Die Fläche 13 kann ein Fußboden sein, von dem Wachs und Verschmutzung entfernt werden. Es können aber auch Wände und Decken, die verschmutzt sind, vorteilhaft gereinigt werden. Die Richtung des Handgriffes 12 mit dem Werkzeughalter 10 ist derart, daß der letztere mit dem Behandlungswerkzeug im wesentlichen flach gegen die Fläche ge- ao halten werden kann, während die verschiedenen Arbeiten durchgeführt werden. Außerdem kann, wenn das Schwingungsgehäuse flüssigkeitsdicht ist, das ganze untere Ende des Gerätes in Flüssigkeit eingetaucht werden, falls dies notwendig wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Behandeln, insbesondere Reinigen, Polieren od. dgl. von Oberflächen mittels mechanischer Schwingungen mit einem Schwingungsgehäuse, welches mit der Halterung für ein Behandlungswerkzeug verbunden ist und in dessen Innerem eine motorisch in einer zylindrischen Bahn antreibbare Masse derart gelagert ist, daß die Schwingungen auf das Schwingungsgehäuse und damit auf das Behandlungswerkzeug übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (35) um eine Drehachse im wesentlichen parallel zum Behandlungswerkzeug (30) exzentrisch drehbar angeordnet ist und daß ein Ende (43) der Masse (35) an einer Bügelanordnung (48) gelagert ist, welche sich an der Halterung (22) für das Behandlungswerkzeug (30) abstützt, während das andere Ende (37) elastisch in einem Abschnitt (40) des dünnwandigen Schwingungsgehäuses (23) abgestützt ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsgehäuse (23) im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur elastischen Lagerung der Masse (35) dienende Abschnitt (40) des Schwingungsgehäuses (23) als starrer Sockel ausgebildet ist, der nach außen verläuft und eine mit dem Inneren (24) des Schwingungsgehäuses (23) in Verbindung stehende Bohrung (39) mit einem elastischen Lager (38) aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Sockel zur Befestigung eines Handgriffes (12) dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen