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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Bürstkopf
einer Bürstmaschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zum Bearbeiten von Kanten oder
Flächen
eines Werkstücks
mit einem Bürstkopf.
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Im Stand der Technik sind Bürstmaschinen mit
einem Bürstkopf
bekannt, der eine um eine X-Richtung drehbar angetriebene Bürstscheibe
umfasst, wobei am Umfang der Bürstmaschine
radial nach außen
weisende Bürsten
im Wesentlichen durchgehend über
den gesamten Umfang der Bürstscheibe
angeordnet sind.
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Mit derartigen Bürstköpfen werden Kanten, Ecken oder
Flächen
von Werkstücken
bearbeitet, im Regelfall unmittelbar nachdem diese einem vorherigen
Trennvorgang, wie z.B. Sägen,
unterzogen wurden. Mit dem Bürsten
werden die getrennten oder gesägten
Flächen
nachbearbeitet, um insbesondere an Rändern oder Kanten der Flächen noch
abstehende Grate oder am Werkstück
noch haftende Späne
abzutragen und die Oberflächengüte des zu
bearbeitenden Werkstücks
zu verbessern.
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Als Borsten werden unter anderem
Metalldrähte,
die auch mit einer Wellung versehen sein können, verwendet oder Kunststoffborsten
ggf. mit eingearbeiteten Hartstoffpartikeln zur Erhöhung der abrasiven
Wirkung.
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Des Weiteren sind Teller- oder Topfbürsten bekannt,
bei denen die Borsten im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse
der Tellerbürste
angeordnet sind.
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Bei den bekannten Bürstköpfen mit
Bürstscheiben,
sogenannten Rundbürsten,
mit radial nach außen
weisenden Borsten oder mit Tellerscheiben sind jedoch nicht sämtliche
Werkstück-Geometrien gleichmäßig mit
konstant präziser
Oberflächengüte bearbeitbar.
Zwar ist es bei den Bürsten
mit radial nach außen
weisenden Borsten bekannt, dass diese Bürstscheiben um eine zweite
Y-Achse, die senkrecht zur ersten X-Achse ausgerichtet ist, ebenfalls drehbar
antreibbar sind, jedoch können
auch bei derartigen Bürstköpfen an
Kanten eines Werkstücks,
die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Rotationsachse der Bürstscheibe
bzw. parallel zur X-Achse ausgerichtet sind, nur schwache Bürsteffekte
erzielt werden. Zudem ist der tatsächlich wirksame Bürstbereich
aufgrund der im Wesentlichen kreisrunden Geometrie der Bürstscheibe
mit den daran angeordneten Bürsten
auf einen kleinen Kreisbogenabschnitt dieser Bürstenscheibe beschränkt. Dieser
Arbeitsbereich kann zwar durch erhöhten Anpressdruck der Bürstenscheibe
auf das zu bearbeitende Werkstück erhöht werden,
jedoch nur bis zu einem gewissen Grad, um nicht durch die rotierenden
Borsten einen unerwünschten
Materialabtrag am zu bearbeitenden Werkstück hervorzurufen. Bei zu starkem
Eindrücken des
zu bearbeitenden Werkstücks
in die Bürste schlagen
die Borstenschäfte
an den Kanten auf und verdichten diese, die Borsten werden stark
gebogen und können
deshalb mit Ihren Spitzen kaum Material abtragen. Ein vorzeitiges
Brechen der Borsten durch Materialermüdung ist die Folge. Auch bei
Tellerbürsten
können
Kanten von zu bearbeitenden Werkstücken einen ungünstigen
Winkel zur Drehachse der Tellerbürste
aufweisen, was ebenfalls zu ungenügenden Arbeitsergebnissen führen kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik
ist der Fachmann vor die Aufgabe gestellt, einen Bürstkopf
anzugeben, mit dem unterschiedlichste Werkstücke mit beliebigen Ausrichtungen
der jeweiligen Ecken, Kanten oder Oberflächen zum Bürstkopf mit gleichbleibender
Qualität
bearbeitbar sind, der effektive Bearbeitungsbereich des Bürstkopfes
vergrößert ist,
sowie das Bearbeiten von Kanten, die senkrecht zur Rotationsbewegung
ausgerichtet sind, ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht
darin, dass die Borsten nicht starr am Umfang einer um eine X-Achse
rotierenden Bürstscheibe
radial nach außen
weisend angeordnet sind, sondern die Borsten an einem in dieser
X-Richtung durchgehend umlaufenden Band vorgesehen sind. Das bedeutet, dass
ein flexibles Band, z.B. aus einem hierfür geeigneten verschleißbeständigen Kunststoffmaterial,
mit Borsten ausgestattet ist, die in X-Umlaufrichtung ebenfalls
radial nach außen
weisen. Dabei kann die Umlaufbahn des Bandes im Rahmen der Erfindung frei
gewählt
oder wie weiter unten beschrieben ausgebildet sein. Unter dem Begriff "Band" ist hierbei sowohl
ein über
seine gesamte Breite, parallel zur X-Richtung gesehen, einstückiges Band
mit darin eingearbeiteten oder aufgesetzten Borsten zu verstehen,
als auch eine Vielzahl in X-Richtung gesehen nebeneinander angeordneter
Bänder,
die auf einer gemeinsamen Bahn in X-Richtung jeweils durchgehend
umlaufen. Bei dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die jeweiligen
nebeneinanderliegenden Bänder
unterschiedliche oder sogar entgegengesetzte Umlaufgeschwindigkeiten
aufweisen. Auch können
an diesen nebeneinander angeordneten Bändern jeweils Borsten unterschiedlicher
Länge zur Anpassung
an eine Werkstückkontur
vorgesehen sein.
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Wie im Stand der Technik kann auch
der erfindungsgemäße Bürstkopf
mit dem in X-Richtung umlaufenden Band in einer dazu senkrechten
Y-Richtung zusätzlich
drehbar ausgebildet sein.
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Zur Führung des in X-Richtung umlaufenden Bandes
ist vorgeschlagen, dass das Band um zwei freilaufende Rollen sowie
eine angetriebene Walze umläuft
bzw. geführt
ist, wobei die jeweiligen Drehachsen der Rollen und der Walze zueinander
parallel und in X-Richtung ausgerichtet sind. Bei einer überlagerten
Drehung um die Y-Achse drehen sich die Rollen und die Walze dann
gemeinsam.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung sind die beiden Rollen und die Walze in einem Dreieck
angeordnet, um, in X-Richtung gesehen, eine dreieckige Umlaufbahn
für das
Band mit den Borsten zu bilden. Dabei ist das Dreieck bevorzugt ein
gleichseitiges Dreieck, so dass der Bürstkopf eine symmetrische Geometrie
aufweist. Dabei sind die beiden Rollen und die Walze jeweils an
einer Spitze des Dreiecks angeordnet.
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Insbesondere bei dieser Anordnung
in einem gleichschenkligen Dreieck ist vorgeschlagen, dass die Bearbeitung
des Werkstückes
in dem Bereich zwischen den beiden freilaufenden Rollen erfolgt. Somit
ist dieser Bearbeitungsbereich entlang einer Längsseite des durch die Rollen
und die Walze gebildeten Dreiecks im Wesentlichen plan und damit
die Bearbeitung von ebenen Werkstückoberflächen mit über die gesamte Fläche gleichmäßiger Güte möglich. Wird
dem Umlauf in X-Richtung des Bandes am Bürstkopf eine Rotation des Bürstkopfes
um eine dazu senkrechte Y-Richtung überlagert, sind gegenüber dem
Stand der Technik wesentlich verbesserte Bearbeitungsergebnisse
erzielbar, insbesondere auch an den Stirnseiten von Profilschienen
oder Rohren, bei denen die tatsächlich
zu bearbeitende Fläche z.B.
gegenüber
dem Gesamtquerschnitt eines Rohres sehr klein ist, da durch die
Rotation in Y-Richtung alle Kanten senkrecht zu Ihrer Längserstreckung
bebürstet
werden.
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Zur Anpassung des Bürstkopfes
an unterschiedliche zu bearbeitende Werkstücke und zur Vergrößerung des
planen Arbeitsbereichs zwischen den freilaufenden Rollen, sind die gegenseitigen
Abstände
der Rollen und Walzen zueinander verstellbar festlegbar, wobei dadurch
die Form des gleichschenkligen Dreiecks, in X-Richtung gesehen,
aufgehoben wird. Dementsprechend kann der gesamte Bürstkopf
auf das zu bearbeitende Werkstück
zugestellt werden bzw. vice versa, um z.B. mit einem gleichbleibenden
Anpressdruck der Borsten auf die Werkstückoberfläche arbeiten zu können.
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In vorteilhafter Weise sind die Borsten,
die das eigentliche Verschleißteil
der Bürstmaschine
bilden, in dem umlaufenden Band austauschbar angeordnet. Dies kann
z.B. dadurch erfolgen, dass die Borsten, in Umlaufrichtung radial
von innen nach außen
durch Öffnungen
im Band durchgesteckt sind und bei Verschleiß das Band von den Rollen und
der Walze abgenommen, die verschlissenen Borsten herausgezogen und
durch neue ersetzt werden. Ebenso ist vorgeschlagen, dass die Borsten
in ihrer Lage bezüglich
des Bandes verstellbar sind, um z.B. durch das radiale nach außen Schieben
von Borsten ihre durch jeweils unterschiedliche Abnutzung verringerte Länge auszugleichen.
Die Bänder
mit den Borsten können
auch in Kassetten austauschbar vorgesehen sein.
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Zur Verbesserung des Arbeitsergebnisses mit
einem planen Arbeitsbereich zwischen den zwei Rollen ist das umlaufende
Band von unten, also zwischen den Rollen abgestützt, z.B. mit einer im Bürstkopf
vorgesehenen Stützfläche, die
vorzugsweise aus Teflon oder einem sonstigen reibungsarmen Material
oder durch unterstützende
Rollen oder Wälzkörper gebildet
ist, um die Reibung zwischen dieser Fläche und dem umlaufenden Band
zu verringern. Dadurch wird eine Durchbiegung des elastischen Bandes
im Arbeitsbereich in radialer Richtung nach innen durch das Anpressen
des Bürstkopfes
bzw. des umlaufenden Bandes an die Werkstückoberfläche vermieden.
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Insbesondere bei einem Bürstkopf,
der zusätzlich
um eine Y-Achse drehbar ausgeführt
ist, besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin,
dass der Antrieb, z.B. ein Elektromotor, der Walze, um das Band
umlaufend anzutreiben, in den Bürstkopf
mit integriert ist. Dies kann durch einen in der Walze innenliegend
angeordneten und diese unmittelbar antreibenden Elektromotor geleistet
werden. In diesem Falle, das heißt bei einer überlagerten Drehung
um eine Y-Achse, erfolgt die Stromversorgung des Elektromotors über ringförmige Schleifkontakte.
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Zur Bearbeitung schräger Flächen wie
Gehrungen oder Fasen oder gerundeten Flächen kann der gesamte Bürstkopf
zusätzlich
um eine weitere Z-Achse zumindest über einen gewissen Winkelbereich
verschwenkt werden, um eine optimale Ausrichtung des planen Arbeitsbereiches
an die Werkstückoberfläche zu erreichen.
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Die Ausstattung einer Bürstmaschine
mit einer geeigneten Steuerung, vorzugsweise computerisiert, geeigneten
Antrieben für
die Walze und sonstigen Sicherheitseinrichtungen zur Vermeindung
von Verletzungen für
das Maschinenpersonal ist dem Fachmann auf vielfältige Weise möglich. Die
angetriebene Walze ist nicht notwendigerweise an der dem planen
Arbeitsbereich abgewandten Spitze angeordnet sondern kann auch an
beiden anderen Spitzen des Dreiecks vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäßen ist zudem vorgeschlagen,
dass bei einem Bürstkopf
einer Bürstmaschine, an
dem die radial nach außen
weisenden Borsten um eine X-Achse drehbar angeordnet sind, wobei
dieser Drehung eine zweite Drehung um eine dazu senkrechte Y-Achse überlagerbar
ist, die Borsten nicht an einer im Wesentlichen starren Bürstscheibe
am Umfang verteilt angeordnet sind, sondern an einem elastischen
Band, das in X-Richtung
durchgehend umläuft.
Dies bietet zum einen den Vorteil, dass der Austausch verschlissener
Borsten gegenüber
den starren Bürstscheiben
wesentlich erleichtert ist, da hierzu lediglich das flexible Band
von Führungen
abgenommen werden muss. Außerdem
sind mit dem flexiblen Band Anpassungen des Bürstkopfes an unterschiedliche
zu bearbeitende Werkzeugoberflächen
möglich.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung wird der Arbeitsbereich, an dem das umlaufende Band
mit den nach außen
weisenden Borsten mit dem zu bearbeitenden Werkstück bzw.
dessen Oberfläche
in Kontakt kommt, zwischen zwei Rollen, die das Band in X-Richtung
umlaufend führen,
gebildet. Damit ist erreicht, dass der Bearbeitungsbereich im Wesentlichen
plan ist, um insbesondere plane und ebene Werkstückoberflächen in gleichbleibender Qualität bearbeiten
zu können.
Prinzipiell können
dabei die Rollen, zwischen denen der Arbeitsbereich gebildet ist,
entweder freilaufend ausgebildet sein oder eine oder beide Rollen
als angetriebene Walzen zum Antrieb des Bandumlaufs verwendet werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil
entnehmen, in dem anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
dargestellt ist. Es zeigen:
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1 einen
Bürstkopf
aus dem Stand der Technik, und
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2 einen
Bürstkopf
mit umlaufendem Band.
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Bei den aus dem Stand der Technik,
wie in 1 dargestellt,
bekannten Bürstscheiben 4 sind an
einem starren Scheibenkörper
um seinen runden Umfang gleichmäßig verteilt
radial nach außen
weisende Borsten 3 angeordnet. Die Bürstscheibe 4 rotiert
um eine X-Achse, um mit den Borsten 3 ein Werkstück 2,
hier ein offenes Vierkant-Profil, stirnseitig zu bearbeiten. Zusätzlich kann
der Rotation um die X-Achse eine Rotation um die Y-Achse, wie auch durch
die Pfeile angedeutet, überlagert
sein, um ein gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis über die
gesamte Fläche
des Werkstücks 2 bzw.
der Stirnseite des Vierkantrohres zu erreichen. Mit einem Zustellen des
gesamten Bürstkopfes
bzw. der Bürstscheibe 4 auf
das Werkstück 2 wird
der Anpressdruck der Borsten auf die Werkstückoberfläche eingestellt. Das Zustellen
kann auch durch Bewegung des Werkstückes 2 in Richtung
auf die Bürstscheibe 4 erfolgen.
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Demgegenüber unterscheidet sich der
erfindungsgemäße Bürstkopf 1 in 2 dadurch, dass die Borsten 3 radial
nach außen
weisend an einem elastischen Band 5, z.B. aus einem geeigneten Kunststoff,
angeordnet sind, wobei das Band 5 wie durch den Pfeil angedeutet
in X-Richtung durchgehend umläuft.
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Diesem Umlauf in X-Richtung kann
eine Drehung in Y-Richtung überlagert
sein, um eine verbesserte Bearbeitungsqualität zu erreichen, wobei hierdurch
alle Kanten des zu bearbeitenden Werkstücks auch jeweils senkrecht
zu ihren jeweiligen Längserstreckungen
bebürstet
werden. Zusätzlich
kann auch eine Verschwenkung, zumindest über einen gewissen Winkelbereich,
um eine dritte Z-Achse erfolgen, die jeweils auf der X- und der
Y-Achse senkrecht steht.
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Zur Führung des Bandes 5 dienen
zwei freilaufende Rollen 6a, 6b und eine angetriebene
Walze 7, deren Drehachsen 6ax, 6bx, 7x zueinander
parallel sind und, ohne Drehung um die Y-Achse gesehen, in X-Richtung
weisen. Der gegenseitige Abstand der Rollen 6a, 6b und
der Walze 7 kann auch veränderbar einstellbar sein, um
andere Geometrien als die eines gleichschenkligen Dreiecks zu erhalten.
Zwischen den freilaufenden Rollen 6a, 6b ist hier
der plane/ebene Arbeitsbereich ausgebildet, an dem der Bürstkopf 1 bzw.
die Borsten 3 unmittelbar mit der Oberfläche des
zu bearbeitenden Werkstücks 2 in Kontakt
treten. Dieser plane Arbeitsbereich ist insbesondere durch die Veränderung
des gegenseitigen Abstandes der beiden Rollen 6a, 6b in
seiner Länge, in
Umlaufrichtung gesehen, veränderbar.
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Bevorzugt ist die Walze 7 mit
einem im Bürstenkopf 1 integrierten
Elektromotor, der z.B. im Inneren der Walze 7 angeordnet
ist, angetrieben, wobei die Stromversorgung des Elektromotors über ringförmige Schleifkontakte
erfolgt.
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Die Borsten 3 sind lösbar und
verstellbar an dem Band 5 angeordnet, das heißt sie können zum einen
ersetzt und in ihrer Höhe,
mit der sie über
das Band 5 radial nach außen überstehen, z.B. zum Ausgleich
von Verschleiß,
verändert
werden.
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Die angetriebene Walze 7,
die das Band 5 in X-Richtung umlaufend antreibt, ist nicht
notwendigerweise dem Bearbeitungsbereich gegenüberliegend angeordnet sondern
kann auch an den anderen Ecken des gleichseitigen Dreiecks vorgesehen
sein.
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- 1
- Bürstkopf
- 2
- Werkstück
- 3
- Borsten
- 4
- Bürstscheibe
- 5
- Band
- 6a,
6b
- Rollen
- 7
- Walze
- 6ax,
6bx, 7x
- Drehachsen
in X-Richtung
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse