DE2913086C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes umlaufendes Werkzeug zum Schleifen, Läppen, Polieren und Glanzschleifen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art.

Herkömmlich umlaufende Schleifwerkzeuge verwenden typischerweise einen Schleifstein aus Keramik, Diamant, Gummi oder einem anderen geeignet ausgebildeten Schleifmittel, der an einem umlaufenden Schaft befestigt ist, und das Vorderende und andere Abschnitte des Schleifsteins werden zum Schleifen, Läppen, Polieren oder Glanzschleifen von Oberflächen während des Umlaufens des Schleifsteins mit dem Schaft und Andrückens des Schleifsteins gegen die Oberflächen verwendet. Solche Werkzeuge werden normalerweise zum Oberflächenbearbeiten von spanabhebend bearbeiteten Oberflächen oder Erzeugnissen und auch auf dem Gebiet der Zahntechnik benutzt. Bei anderen bereits entwickelten Werkzeugen zur Oberflächenbearbeitung ist das Schleifglied eine Bürste aus einer Vielzahl dicht gepackter Borsten oder Drähte, die an einer umlaufenden Nabe oder Welle so befestigt sind, daß ihre einzelnen flexiblen Vorderenden nacheinander oder kontinuierlich an einer zu bearbeitenden Oberfläche anliegen und sie überstreichen, während die die Bürste haltende Nabe oder Welle umläuft. Diese herkömmlichen Werkzeuge sind in bezug auf Abtragsleistung nicht zufriedenstellend und haben einen geringen Wirkungsgrad. Ferner sind sie für verschiedene zu bearbeitende Oberflächen oder für verschiedene einer Oberflächenbearbeitung zu unterziehende Größen und Konfigurationen nicht in einfacher Weise anwendbar.

Aus der US-PS 15 10 157 ist ein Schleif- oder Polierwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, wobei die vorzugsweise aus Stahldrähten bestehenden Langglieder einer "Bürste" bereits vor der Rotation des Werkzeugs vom Trägerkörper abgespreizt sind und einen nach vorn divergierenden rotierbaren Körper bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleif- oder Polierwerkzeug der eingangs vorausgesetzten Art nebst Herstellungsverfahren zu entwickeln, das eine erhöhte Abtragsleistung oder einen verbesserten Wirkungsgrad der Oberflächenbearbeitung ermöglicht und gleichzeitig den verschiedensten Anforderungen beim Schleifen, Läppen, Polieren und Glanzschleifen gerecht wird und für diese Vorgänge in einfacher Weise einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Werkzeug erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 bzw. durch die in den Patentansprüchen 19 und 20 beanspruchten Verfahren gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung wird die Erzeugende des Rotationskörpers, der kollektiv von den Langgliedern oder den wesentlichen äußeren seitlichen Flächen der einzelnen Langglieder, deren Enden am Schaft gehaltert sind, gebildet ist, dazu genutzt, tangential gegen die zu bearbeitende Oberfläche eines Werkstücks zu wirken. Die einzelnen in dieser Weise befestigten Langglieder sind sowohl steif als auch elastisch, und infolgedessen können sie sich während ihrer Umlaufbewegung mit dem mit der Betriebsdrehzahl umlaufenden Schaft zu ihren freien Enden oder Spitzen hin aufweiten, so daß ihre Erzeugende, die anfangs oder im ortsfesten Zustand konisch oder kegelstumpfförmig ist, zu schnell umlaufenden zylindrischen Flächen wird. Dadurch wird von den aufeinanderfolgenden Hochgeschwindigkeits- oder momentanen tangentialen Kollisionen, die nacheinander zwischen den umlaufenden langen Oberflächen und der Werkstück-Oberfläche erfolgen, eine ununterbrochene "Schlag"- oder "Schleuder"-Wirkung erzeugt. Wenn die Umlaufbewegung des Schafts unterbrochen wird, nimmt der Arbeitsteil wieder die ursprüngliche Form eines nach vorn konvergierenden Rotationskörpers an.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a und 1b Perspektivansichten des Schleif- oder Polierwerkzeugs nach der Erfindung in Ruhestellung bzw. umlaufend;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein herkömmliches "besen"- artiges Werkzeug, das eine Bürste, Drähte oder Borsten benutzt;

Fig. 3 einen adaptiven Abtragvorgang mit dem Werkzeug nach der Erfindung;

Fig. 4 und 5 Werkzeuge nach der Erfindung mit verschiedenen Ausbildungen des Arbeitsteils;

Fig. 6 eine Vorrichtung zum Sichern des Arbeitsteils an einem Schaft des Werkzeugs;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht VII-VII des Werkzeugs nach Fig. 6;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Teils des Werkzeugs nach den Fig. 6 und 7;

Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Werkzeugs;

Fig. 10 eine andere Ausbildung der Ausführungsform nach Fig. 9;

Fig. 11 eine Seitenansicht des Werkzeugs entsprechend den vorher gezeigten Ausführungsformen mit einer anderen Befestigungsvorrichtung zum Sichern des Arbeitsteils an der Werkzeugwelle;

Fig. 12a bis 12c verschiedene Langglieder mit abgerundeten Vorderenden;

Fig. 13 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Werkzeugs;

Fig. 14A, 14B, 14C Querschnittsansichten des Arbeitsteils und des Halters nach Fig. 13 und bei anderen Ausführungsformen;

Fig. 15A und 15B ein Langglied mit abspannenden Elementen nach Fig. 13, und zwar einmal ortsfest und einmal umlaufend;

Fig. 16 eine Schnittdarstellung, die eine Einrichtung zum Herstellen des Werkzeugs zeigt;

Fig. 16A einen Querschnitt 16A-16A durch das in der Einrichtung nach Fig. 16 zusammengesetzte Werkzeug;

Fig. 17 eine Ansicht eines Werkzeugs, das in der Einrichtung nach Fig. 16 hergestellt wurde;

Fig. 18 verschiedene mögliche Ausbildungen der beim Zusammenbau des Werkzeugs nach Fig. 16 benutzten Welle;

Fig. 19 eine weitere Möglichkeit zur Bildung eines Werkzeugs nach der Erfindung;

Fig. 20 eine Ansicht eines solchen Werkzeugs;

Fig. 21 im Querschnitt verschiedene mögliche Formen der Langglieder für das Werkzeug nach Fig. 20;

Fig. 22 der Fig. 13 ähnliche Ausführungsformen, wobei auf den Vorderabschnitt jedes Langglieds eine dünne ununterbrochene abspannende Beschichtung aufgebracht ist; und

Fig. 23 eine Schnittansicht, die das Zusammensetzen von Welle, Langgliedern und Gehäuse zeigt.

Nach den Fig. 1a und 1b umfaßt ein Schleif- oder Polierwerkzeug 1 einen Schaft 2, der in einen zylindrischen Kopf 3 und eine Welle 4, die koaxial daran befestigt oder damit einstückig ausgeführt ist, unterteilt ist, sowie einen Arbeitskörper 5, der aus einer Mehrzahl von Langgliedern 6 besteht, die ortsunveränderlich an dem Kopf 3 bevorzugt lösbar mittels einer noch zu erläuternden Vorrichtung befestigt sind. Die Welle 4 ist mit einer Antriebswelle eines Motors 7 (vgl. Fig. 3) verbunden, so daß der Arbeitskörper 5 des Werkzeugs gedreht wird.

Die Langglieder 6 sind in den zylindrischen Kopf 3 in einer auf einem Kreis 5a auf der Stirnfläche des Kopfs 3 liegenden Reihe so eingesetzt, daß sie von dem Kopf 3 derart einzeln vorstehen, daß sie miteinander einen axial konvergierenden Rotationskörper bilden, der mit der Achse 2a des Schafts 2 koaxial ist. Langglieder 6 sind in ihrer Beziehung zum Kopf 3 und dem gedachten Kreis 6a im Querschnitt des Werkzeugs 1 nach Fig. 14 gezeigt, wobei verschiedene Anzahlen Langglieder 6 verwendet sind.

Jedes Langglied 6 kann ein Stab, ein Draht oder eine Borste eines Materials sein, das aus der folgende Werkstoffe umfassenden Gruppe ausgewählt ist: Klavierdrahtstahl, Flußstahl, gehärtet Stähle, Schnellstähle, korrosionsfreie Stühle, Messing, Wolframcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid, Titan-Nickel-Legierungen, Kupfer-Beryllium-Legierungen, Eisen, Aluminium, Nickel, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Kupfer-Zinn-Legierungen, Borcarbid, Eisen-Chrom-Legierungen, Kunststoffe, Graphit und Glas oder irgendein Metall oder eine Legierung, die mit einer harten Substanz wie Wolframcarbid, Borcarbid, Siliciumcarbid, Diamant und Bornitrid in körniger oder nichtkörniger Form beschichtet ist. Somit wird ein echtes Abspanwerkzeug geschaffen, das eine beträchtliche Materialabspannung oder -abtragung ermöglicht und Langglieder 6 aufweist, deren jedes wenigstens teilweise über seine Länge mit einer harten Substanz, z. B. Diamantstaub, etwa durch galvanische Metallabscheidung beschichtet ist. Solche Werkzeuge können eine Werkstück-Oberfläche gleichzeitig spanend bearbeiten und glanzschleifen. Ferner kann jedes Langglied 6 ein gesinterter harter Stoff sein, z. B. Diamant oder kubisches Bornitrid in einer Metallpulver- Grundmasse. Auch sind nichtmetallische Langglieder z. B. aus Kunststoff, Glas oder Graphit mit darin eingebetteten Schleifstaubteilchen verwendbar.

Jedes Langglied 6 ist entweder abgerundet oder winkelförmig ausgebildet, und der Durchmesser beträgt typischerweise 0,1-2 mm, bevorzugt liegt er im Bereich von 0,5-1 mm. Solche Langglieder können mit dem Kopf 3 so zusammengebündelt oder zusammengesetzt sein, daß zwischen drei und insgesamt zwanzig Stück auf dem Kreis 6a angeordnet sind, der einen Durchmesser im Bereich von 2-8 mm hat.

Wenn die Welle 4 umläuft, drehen sich die Langglieder 6 um die Achse 2a. Nach Fig. 1b werden die Langglieder 6 dabei nach radial außen in Richtung zu ihren freien Enden bewegt, so daß ihre Erzeugende, die ursprünglich ein nach vorn spitz zulaufender Kegel oder Kegelstumpf ist, sich nach vorn erweitert und im wesentlichen die Form eines Zylinders oder eines leicht einwärts gekrümmten oder geraden Kegels, der nach vorn oder nach hinten spitz zuläuft, annimmt. Durch tangentiales Andrücken der umlaufenden Langglieder 6 an eine Werkstück-Oberfläche 8 (vgl. Fig. 3) wird letztere in erwünschter Weise geschliffen, geläppt, poliert oder glanzgeschliffen. Die Umlaufgeschwindigkeit liegt im Bereich zwischen 500 und 50 000 U/min oder im Bereich zwischen 500 und 2000 U/min beim Betrieb mit relativ niedriger Last und zwischen 5000 und 50 000 U/min beim Betrieb mit relativ hoher Last. Der letztgenannte Betrieb erfolgt mit Langgliedern 6, die im Schnitt winkelförmig sind, wenn eine starke Materialabspannung vom Werkstück 8 erfolgen soll, wobei die Tangentialgeschwindigkeit der umlaufenden Langglieder 6 im Bereich von 1-15 m/s liegt.

Im Betrieb werden die umlaufenden Langglieder nacheinander in abspanenden Kontakt mit der Oberfläche 8 gebracht. Bei jedem Umlaufzyklus wird jedes Langglied 6 nach seinem Kontakt mit der Oberfläche 8 nach außen bewegt und speichert dadurch eine beträchtliche kinetische Energie, die bei erneuter Berührung mit der Oberfläche 8 freigegeben wird, wenn das Langglied 6 tangential auf die Oberfläche 8 geschleudert wird bzw. diese trifft. Diese "Aufschlag"- oder "Schleuder"-Wirkung, die nacheinander durch die umlaufenden Langglieder 6 erzeugt wird, bewirkt eine wesentlich bessere Materialabspanung, die weit über diejenige mit einem herkömmlichen "besen"-artigen Abspanwerkzeug hinausgeht, das (vgl. Fig. 2, Pos. 10) eine Bürste aus dichtgepackten Drähten oder Borsten 101 aufweist, die an einem Schaft befestigt sind, wobei die Bürstenendflächen als Abspanfläche benutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine Antriebsschaltung für ein Werkzeug. Dabei wird der Zustand des Abspankontakts zwischen den umlaufenden Langgliedern 6 und dem Werkstück 8 erfaßt und der Motor 7 entsprechend geregelt. Eine Stromversorgung 9 zum Treiben des Motors 7 weist ein Stellglied 11 auf, dessen Eingänge parallel zu einem Meßwiderstand 12 liegen, der mit einer Spannungsversorgung 13 und dem Werkstück 8 und ferner über eine Bürste mit dem Schaft 2, der mit einer Drehzahl in dem bereits genannten Bereich umläuft, reihengeschaltet ist. Die Relativverschiebung zwischen Werkzeug 1 und Werkstück 8 kann entweder manuell oder automatisch erfolgen. Im letzteren Fall wird vorteilhafterweise eine numerische Steuerung von bekanntem Aufbau vorgesehen, die die Relativverschiebung auf einer programmierten Vorschubbahn durchführt.

Während des Betriebs bewirkt eine Änderung des Kontaktdrucks des Arbeitsteils 5 des Werkzeugs gegen die Oberfläche 8 Abspanunregelmäßigkeiten, so daß unregelmäßig bearbeitete Oberflächen erhalten werden. Diese Änderung wird bei der gezeigten Anordnung durch Steuern des elektrischen Widerstands zwischen den Kontaktflächen 6 und 8, der als Spannungsabfall am Widerstand gemessen wird, erfaßt. Mit zunehmendem Kontaktwiderstand bei abnehmendem Kontaktdruck wird der von der Spannungsversorgung 13 durch den Widerstand 12 fließende Strom vermindert, und der Spannungsabfall am Widerstand wird verringert. Umgekehrt bewirkt der erhöhte Kontaktdruck einen verminderten Widerstandswert, der als erhöhter Spannungsabfall am Widerstand 12 gemessen wird. Das Stellglied 11 spricht auf eine Änderung des Spannungsabfalls im Meßwiderstand 12 an und verstellt die Drehzahl des Motors 7. Eine erhöhte Drehzahl hat eine verstärkte Vorwärts- Auswärts-Ausweitung der umlaufenden Langglieder 6 zur Folge, was wiederum in einem verstärkten Kontaktdruck der Langglieder 6 an der Oberfläche 8 und umgekehrt resultiert. Auf diese Weise wird eine Gleichmäßigkeit des Abspandrucks zwischen dem Arbeitsteil 5 und der Oberfläche 8, die zum Erzielen eines gleichmäßigen "Schlag"-Effekts erforderlich ist, sichergestellt, so daß die Materialabspanung stetig fortschreitet, eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung über den gesamten Bearbeitungsbereich erhalten wird und erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit mit erhöhtem Wirkungsgrad in jedem Arbeitsgang erzielt werden.

Es ist zu beachten, daß anstelle der Abtriebsdrehzahl auch die Drehkraft des Motors 7 einstellbar ist, um den Kontaktdruck gleichbleibend zu halten, so daß letzterer mit zunehmender bzw. abnehmender Drehkraft zu- bzw. abnimmt. Gleichermaßen kann die Drehkraft des Motors 7 erfaßt werden, um die Änderung des Kontaktdrucks einzustellen. Ferner kann auch irgendeine andere Druckerfassungseinheit, z. B. ein piezoelektrisches Element, an einer geeigneten Stelle am Werkzeug angeordnet sein, um eine Änderung des Kontaktdrucks zu erfassen und Drehzahl oder Drehkraft des Motors 7 so zu verstellen, daß der Kontaktdruck gleichbleibend gehalten wird.

Es ist zwar ein zufriedenstellender Abtragvorgang durch die Abtragwirkung der Langglieder 6 allein an der Werkstück-Oberfläche 8 zu erzielen; jedoch können zum Erzielen besserer Bearbeitungsergebnisse auch eine oder mehrere zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. Zum Beispiel können auf die Oberfläche der einzelnen Langglieder 6 harte Schleifmittelteilchen aufgebracht sein oder auch in Suspension mit einer Bearbeitungsflüssigkeit verwendet werden, die dem Bereich zwischen dem Arbeitskörper 5 und dem Werkstück 8 zuführbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein elektrochemischer Bearbeitungsstrom zwischen dem Arbeitskörper 5 und dem Werkstück 8 in Anwesenheit eines Elektrolyten angelegt werden, so daß die Abspannung durch die Kombination elektrochemischer Zersetzung und mechanischer Abspannung erfolgt.

Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung. Üblicherweise sind 35 Schleifsteine, bestehend aus 80 Vol.-% Siliciumcarbid, Rest Gummi, erforderlich, um ein Gußstück der Nickel-Mangan-Eisen-Gruppe so zu bearbeiten, daß seine Oberflächenrauhheit von 25 µm R_max auf 0,2 µm R_max verbessert wird, was ca. 3 h dauert. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung benötigt ein Arbeitskörper mit fünf Langgliedern aus Klavierdraht mit einer Länge von 30 mm und einem Durchmesser von 0,8 mm, die gleichbeabstandet auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 5 mm am Ende eines Schafts angeordnet sind, bei einer Drehzahl des Schafts von 13 000 U/min nur 12 min, um die gleiche Oberflächenbearbeitung durchzuführen. Ferner kann ein einziger Arbeitskörper fünf gleiche Werkstücke zu Fertigerzeugnissen bearbeiten. In diesem Fall können Diamantschleifteilchen dem Bereich der Abspan-Zwischenflächen zugeführt werden. Bei einem weiteren Vergleich benötigt ein herkömmliches "besenartiges" Polierwerkzeug, bestehend aus dichtgepackten Drähten (mehr als 100 zusammengefügten Litzen) entsprechend Fig. 2 zur Durchführung eines einzigen identischen Bearbeitungsvorgangs 1,5 h.

Fig. 4 zeigt verschiedene Formen des Arbeitskopfs 5, bestehend aus mehreren Langgliedern, die mehr oder weniger "bleistift"- oder "schreibfeder"-förmig sind und einen nach vorn konvergierenden Rotationskörper bilden. Insbesondere kann der Arbeitskopf 5 kegelstumpfförmig (Fig. 4a), spitzkegelig (Fig. 4b), einwärtsgewölbt konisch (Fig. 4c, 4d) und kombiniert konuszylinderförmig (Fig. 4e, 4f) sein.

Bei diesen Ausführungsformen ist der Kreis (6a in Fig. 1), von dem die Langglieder 6 einzeln vorstehen, im wesentlichen deckungsgleich mit dem Durchmesser des Kopfs 3 des Schafts. Infolgedessen ist die Länge l des Arbeitskopfs 5 des Werkzeugs, bezogen auf den Durchmesser D, durch die Beziehung l/D=0,5 l bestimmt.

Von den gezeigten verschiedenen geformten Arbeitsköpfen 5 wird ein geeigneter in Abhängigkeit von der vorgegebenen Konfiguration und Größe einer zu bearbeitenden Oberfläche ausgewählt. Wenn die Oberfläche eine Vertiefung aufweist, hat der spitze Arbeitskopf leicht Zugang zu dieser. Beim Umlaufen des Schafts 2 werden die Langglieder 6 in Richtung zu ihren jeweiligen freien Enden gezwungen und aufgeweitet, so daß sie in Wirkkontakt mit der Wandung der Vertiefung gelangen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden mehrere eine Biegung aufweisende Glieder 26 an ihren Spitzen 261 federnd zusammengebracht. Diese Baugruppe mit einem spitz zulaufenden oder konvergierenden Vorderende kann ebenso leicht in eine Vertiefung eintreten und ist besonders für die Zahnbehandlung geeignet, wo sie die erforderliche Sicherheit bietet.

Es ist zu beachten, daß bei Verwendung eines Werkzeugs für die Zahnbehandlung die den Arbeitskörper bildenden Langglieder bevorzugt aus korrosionsfreiem Stahl oder Messing bestehen, die sterilisierflüssigkeitsfest sind.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6, 7 und 8 sind mehrere Langglieder 6 entweder unlösbar oder lösbar an einem Schaft 2 des Werkzeugs befestigbar. Dabei weist der Kopf 3 des Schafts 2 eine mit der Welle 4 koaxiale Vertiefung 31 auf, die bevorzugt zu ihrem Oberende hin konisch verläuft. In der Vertiefung 31 ist ein Einsatz 32 angeordnet, der eine Mittenöffnung 32a aufweist, die einen Bolzen 33 aufnimmt, der sich in den Körper des Einsatzes 32 koaxial damit erstreckt. Der Einsatz 32 ist mit axial verlaufenden Nuten 32b ausgebildet, die gleichbeabstandet um seinen Umfang ausgebildet sind und deren Anzahl der Anzahl zu befestigender Langglieder 6 entspricht.

Wenn die Langglieder 6 in Nuten 32b des Einsatzes 32 gegen die Wandung der konischen Vertiefung 31 gehalten sind, wird der Bolzen 33 angezogen, so daß die Langglieder 6 an dem Arbeitskopf 3 in ihrer Stellung festgelegt werden.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine andere Ausbildung des Arbeitskörpers 5 des Werkzeugs, bei dem mehrere Langglieder 61 einzeln (vgl. Fig. 9) oder als Ganzes (vgl. Fig. 10) mit einem Natur- oder Kunstharz beschichtet sind. Nach dieser Vorbehandlung werden die Langglieder 62 an ihren Vorderenden abgerundet, und eine Anordnung entsprechend Fig. 5 ist aus Sicherheitsgründen für die Anwendung bei der Zahnbehandlung besonders vorteilhaft, da im Mund die Verletzungsgefahr durch ein spitzes Werkzeug groß ist.

Die Anordnung des Arbeitskörpers 5, bei dem die Vorderenden der Langglieder 61 abgerundet sind, ist auch mit den Ausführungsformen nach Fig. 12 möglich. Dabei wird jedes Vorderende von einzelnen Langgliedern 61, die den Arbeitskörper 5 bilden, durch Bearbeitung (Fig. 12A), aufbringen eines runden Elements aus Metall, Gummi, Kunststoff, Glas oder Keramik (Fig. 12B) oder Umformen (Fig. 12C) abgerundet.

Eine Halterung für den Arberitskörper 5 nach Fig. 11 verwendet ein Innenteil 35, das in die Vertiefung 31 im Kopf 3 des Schafts 2 einschiebbar ist und mit der Welle 4 entweder einstückig ausgeführt oder unverrückbar daran befestigt ist. Nach den Einsetzen von Langgliedern 6 zwischen die Wandung der Vertiefung 31 und das Innenteil 35 wird ein Bindemittel oder Lot 36 aufgebracht, das die Zwischenräume in der Vertiefung 31 ausfüllt und nach dem Aushärten die Langglieder 6, das Innenteil 35 und den Arbeitskopf 3 fest miteinander verbindet, so daß der auf dem Schaft 2 befestigte Arbeitskörper 5 gedreht werden kann. Wenn die Langglieder 6 ausgetauscht werden sollen, ist diese Befestigung leicht lösbar.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs, wobei jedes Langglied 61 oder wenigstens ein Teil der Langglieder 61, die dabei z. B. aus korrosionsfreiem Stahldraht, Kunststoffdraht oder Glasdraht bestehen, der gleichzeitig steif und doch elastisch ist, auf seiner Oberfläche mehrere harte oder abspannende Stückchen 64 trägt, die voneinander beabstandet sind und bevorzugt aus Keramik bestehen. Die Stückchen 64 sind ferner ebenfalls länglich und erstrecken sich in gleicher axialer Richtung wie die elastischen, sie tragenden Langglieder 61. Ein Werkzeug mit einem so aufgebauten Arbeitskörper 5 ist als Dentalwerkzeug besonders vorteilhaft verwendbar. Wie bei bereits erläuterten Ausführungsformen umfaßt der Arbeitskörper 5 Langglieder 61, die gleichbeabstandet auf einem Kreis 6a am Halter 3 befestigt sind (vgl. die Fig. 14A-C), und zwar einzeln gering nach innen geneigt (vgl. Fig. 15A), so daß, wenn die Welle 4 mit einer Betriebsdrehzahl von 1000-20 000 U/min umläuft, sie sich federnd nach außen zu ihren Vorderenden 66 hin aufweiten (vgl. Fig. 15B) und sich somit im wesentlichen parallel zu der Achse der Welle 4 und des Halters 3 ausrichten.

Fig. 16 zeigt eine Einrichtung zum erfindungsgemäßen automatischen oder halbautomatischen Zusammensetzen eines Werkzeugs 1 aus einer Welle 4 und mehreren Langgliedern 6. Die Einrichtung verwendet eine Aufspannvorrichtung 15, die an einer Halterung (nicht gezeigt) befestigt ist und ein beidendig offener Zylinder ist, dessen Innendurchmesser das Ende 4a der Welle 4 und eine bestimmte Anzahl Langglieder 6 mit ihren Enden engpassend zwischen dem Wellenende 4a und der Innenwand der Aufspanneinheit 15a aufnimmt. Bei der gezeigten Einrichtung wird das Wellenende 4a von links und die Langglieder werden von rechts in die Aufspanneinheit 15a eingesetzt. Ein Metallrohr 16 ist mit der Welle 4 koaxial angeordnet und liegt mit seinem rechten Ende in Deckung mit dem linken Ende der zylindrischen Aufspannvorrichtung 15; das Metallrohr 16 bildet dann den Kopf des Werkzeugs, und sein Innendurchmesser ist im wesentlichen gleich oder gering größer als der Innendurchmesser der zylindrischen Aufspannvorrichtung 15, so daß es die einzelnen Endabschnitte der Langglieder 6, die aus dem Zylinder 15 austreten, in einem Raum zwischen seiner Innenwandung 16a und der Welle 4 aufnimmt.

Rechts von der Einrichtung ist eine Langglieder-Zufuhreinheit 17 gezeigt, die aus mehreren Vorratstrommeln 17A, 17B und 17C zum einzelnen Zuführen von Langgliedern 6A, 6B und 6C durch die Aufspanvorrichtung 15 in das Metallrohr 16 und jeweils in eine Lage zwischen der Innenwandung 16a des Metallrings und der Welle 4 besteht. Die Langglieder bestehen aus irgendeinem der bereits genannten Werkstoffe, z. B. korrosionsfreiem Stahl, Klavierdraht, Flußstahl oder Hartlegierungen. In der Zufuhrbahn der Langglieder 6A, 6B und 6C zwischen der Zufuhreinheit 17 und der Aufspanvorrichtung 15 ist eine Schneideinheit 18 angeordnet, die in einem vorbestimmten Längsabschnitt der Zufuhrbahn der Langglieder 6A, 6B und 6C von der Zufuhreinheit 17 betätigbar ist und sie automatisch so abschneidet, daß ein Satz Langglieder 6 gleichmäßig mit vorbestimmter Länge aus dem Metallring 16 vorsteht.

Bei dieser Einrichtung ist das Metallrohr 16 in Wirkverbindung mit einer magnetischen Impulsformungseinheit 19 angeordnet, die einen ringförmigen Feldverstärker 19A aufweist, der das Metallrohr 16 koaxial umgibt und dessen Außenseite mit einer elektromagnetischen Wicklung 19B umwickelt ist. Die Wicklung 19B wird über einen Betriebsschalter 19C von einer Stromversorgung 19D erregt, die einen Kondensatorenblock aufweist und beim Schließen des Betriebsschalters 19C einen stoßartigen elektrischen Strom durch die Wicklung 19B schickt, der ein Magnetfeld mit hoher Flußdichte ausbildet. Das hochdichte Magnetfeld induziert einen Strom in dem im Magnetfeld liegenden Metallrohr 16, und durch die Wechselwirkung zwischen dem hochdichten Magnetfeld und dem induzierten Strom im Metallrohr 16 wird ein auf das Metallrohr 16 wirkender Stromstoß erzeugt, durch den das Metallrohr geformt wird und augenblicklich schrumpft, so daß das Metallrohr 16, die Endabschnitte der Langglieder 6 und die Welle 4 miteinander fest verbunden werden. Eine fertige Baugruppe ist in Fig. 17 gezeigt. Es ist zu beachten, daß die Welle 4 irgendeine der Formen nach den Fig. 18A-C haben kann. Diese Einrichtung ermöglicht die Massenfertigung mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Abspanwerkzeugs 1.

Bei einem anderen Verfahren zum Herstellen des Werkzeugs 1 werden ein langes Rohr 36, eine Welle 34 und ein Spannring 33 benutzt (vgl. die Fig. 19 und 20). Dabei ist das lange Rohr 36 mit mehreren gleichbeabstandeten und axial verlaufenden Einschnitten 361 ausgebildet, die von einem Rohrende her über eine vorbestimmte beträchtliche Länge des Rohrs verlaufen. Aufgrund dieser gezahnten Ausbildung sind mehrere ringförmig angeordnete, gleichbeabstandete und längsverlaufende Langglieder 362 gebildet, die parallel zueinander gleichlang vom anderen Endabschnitt vorspringen und in Verbindung mit diesem als Halterung dienenden Endabschnitt wirksam als abspannende Arbeitsglieder dienen, die die gleiche Funktion wie die bereits erläuterten Langglieder haben. Nach der Ausbildung der Zähne 361, 362 kann der so gezahnte Teil des Rohrs 36 mechanisch verformt werden, so daß er nach vorn konvergiert, und dann wird die Welle 34 in das bearbeitete Rohr 36 vom unbearbeiteten Ende her eingesetzt, und der Spannring 33 wird auf den ungezahnten Abschnitt des Rohrs 36 aufgesetzt und umschließt diesen eng; dabei ist die Welle 34 im Rohr 36 festgelegt (vgl. Fig. 20). Vorteilhafterweise erfolgt das Festlegen zwischen der Welle 34 und dem Rohr 36 sowie auch zwischen dem Rohr 36 und dem Spannring 33 mit Hilfe eines Klebstoffs, z. B. eines Phenol- oder Epoxid-Klebers, oder alternativ durch Schweißen, Hartlöten oder Löten.

Der Aufbau des vorstehend erläuterten Arbeitskörpers 5 hat gegenüber der Anwendung einzelner zusammengesetzter Langglieder den Vorteil, daß eine leichte Fertigung und ein Arbeiten mit hohen Drehzahlen und erhöhter Genauigkeit möglich sind. Der Werkstoff für das Rohr 36 ist vorteilhafterweise korrosionsfreier Stahl, Flußstahl, Hartstahl, Kupfer, Messing oder eine Hartlegierung. Nach Fig. 21 weist das Rohr 36 Schlitze mit unterschiedlichen Querschnitten auf, so daß Langglieder mit erwünschten Schnitten gebildet sind (vgl. die Fig. 21A, 21B und 21C).

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 22 ist auf den vorderen Endabschnitt jedes Langglieds 6 eine dünne Schleifmittelschicht 64 aufgebracht, wobei die Langglieder 6 ursprünglich einzeln vorgesehen und dann zusammengesetzt sind (vgl. Fig. 22A) oder es sich um Langglieder 36 handelt, die durch die Zahnbildung erhalten wurden (vgl. Fig. 22B). Die Zähne 361, 362 werden dabei in der erläuterten Weise geformt. Die Schleifmittelschicht kann Schleifpartikel aus Diamant, Al₂O₃, BN, Zr₂O₃, SiO₂, SiC, WC, TiC, TaC usw. enthalten, die durch galvanische Metallabscheidung, Sintern, Schweißen oder Klebstoff miteinander verbunden sind.

Das Werkzeug nach Fig. 23 umfaßt ein Rohr 46 mit durch Zahnungen 461, 462 gebildeten Langgliedern an einem Ende und einer in das Rohr 46 am anderen Ende eingeführten Welle 44, wobei jeder vordere Endabschnitt der Langglieder eine Schleifmittelbeschichtung 464 der genannten Zusammensetzung aufweist. In diesem Fall ist der Halterungsabschnit des Rohrs 46 in einem rohrförmigen Gehäuse 48 eingeschlossen, und die dazwischen befindlichen Zwischenräume sind mit einem Klebstoff ausgefüllt, durch den das Gehäuse 48, das Rohr 46 und die Welle 44 miteinander verbunden sind.

Es wird also ein verbessertes umlaufendes Schleif- bzw. Polierwerkzeug geschaffen, mit dem eine erhöhte Abtragsleistung oder ein erhöhter Bearbeitungs-Wirkungsgrad erzielbar sind und das vielseitig anwendbar ist.

Claims (21)

1. Schleif- oder Polierwerkzeug mit einer Antriebswelle, einem daran befestigten Trägerkörper, an dem eine Vielzahl von Langgliedern axial vorspringend und federnd befestigt sind, die bei Rotation des Werkzeugs vom Trägerkörper abgespreizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (6; 26; 61; 362; 462) in der Ruhestellung des Schleif- oder Polierwerkzeugs (1; 5) einen nach vorn konvergierenden Rotationskörper bilden.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jedes Langglieds (6; 26; 61; 362; 462) im Bereich von 0,1-2 mm liegt.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser im Bereich von 0,5-1 mm liegt.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei bis zwanzig Langglieder (6; 26; 61; 362; 462) auf einem Kreis (6a) angeordnet sind.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Langglied (6) einzeln um eine Länge von l mm vom Trägerkörper (Schaft 2) vorspringt und auf dem Kreis (6a) mit einem Durchmesser von D mm angeordnet ist, wobei l/D wenigstens 0,5-1 ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D im Bereich von 2-8 mm liegt.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (6) Winkelquerschnitt haben.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (6; 26; 61) lösbar am Schaft (2) befestigt sind.

9. Werkzeug Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) einen Kopf (3) zum Haltern der Langglieder (6) und einen Abschnitt mit vermindertem Durchmesser aufweist, wobei der Kopf (3) eine Vertiefung (31) und einen in dieser mit dem Kopf (3) verschraubbaren (33) Einsatz (32) zum sicheren Haltern der Langglieder (6) in Stellungen zwischen dem Einsatz (32) und der Wandung der Vertiefung (31) umfaßt.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (31) zu ihrem offenen Ende hin konisch ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (32) auf seinem Außenumfang axial verlaufende Nuten (32b) zur Aufnahme jeweils eines Langglieds (6) aufweist.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (61) einzeln mit einem Harz (62) beschichtet sind.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Vorderenden der Langglieder (61) abgerundet sind.

14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (61) wenigstens zum Teil mit einem harten Stoff beschichtet sind.

15. Werkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (64) auf jedes Langglied (6) in einer Lage auf dessen Vorderabschnitt aufgebracht ist.

16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (61) wenigstens zum Teil mehrere Stückchen (64) aus einem harten Stoff aufweisen, die auf der Oberfläche der Langglieder (61) beabstandet angeordnet sind.

17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (6) einen harten Stoff aufweisen, der in einer metallischen Grundmasse gesintert ist.

18. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Langglieder (6) aus dem nichtmetallischen Körper bestehen, der aus der Kunststoffe, Glas und Graphit umfassenden Gruppe ausgewählt ist und in den Körnchen aus einem harten Stoff eingebettet sind.

19. Verfahren zum Herstellen eines Schleif- oder Polierwerkzeugs nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Anordnen eines Metallrohrs (16) in Arbeitsverbindung mit einer magnetischen Impulsformungseinheit (19);
koaxiales Einsetzen einer Welle (4) in das Metallrohr zum Herstellen einer vorbestimmten axialen Lage relativ dazu;
Einsetzen mehrerer Langglieder (6) in das Metallrohr (16) derart, daß ihre Halte-Endabschnitte in vorbestimmten Lagen zwischen der Innenwandung des Metallrohrs (16) und der Außenwandung der Welle (4) sitzen und ihre Arbeits-Endabschnitte außerhalb des Metallrohrs liegen; und
Einschalten der magnetischen Impulsformungseinheit (19), so daß das Metallrohr (16) nach innen verformt und dadurch das Metallrohr (16), die Halte-Endabschnitte der Langglieder (6) und die Welle (4) miteinander festgelegt werden.

20. Verfharen zum Herstellen eines Schleifwerkzeugs nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ausbilden eines rohrförmigen Elements (36) mit mehreren axial verlaufenden Schlitzen (361), die vom einen Element- Ende her mit vorbestimmter Tiefe und gleichbeabstandet um das Element (36) eingeschnitten werden zur Bildung mehrerer, Arbeitsglieder bildender Langglieder (362), die vom anderen Ende des rohrförmigen Elements (36) gleichmäßig vorspringen; und
Verbinden des rohrförmigen Elements (36) mit einer Welle (34) und einem metallischen Spannring (33) zur festen Halterung des rohrförmigen Elements (36) im Bereich von dessen anderem Ende.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zum festen Verbinden von Metallrohr (36), Metallring (33) und Welle (34) ein Bindemittel verwendet wird.