DE3920972A1 - Flexibles, abtragendes schleifwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein flexibles, ab­ tragendes Schleifwerkzeug und insbesondere auf eine sich drehende Schleifbürste oder eine abtragende Bürste oder ein Honwerkzeug, das in idealer Weise zum Feinschleifen oder Honen von inneren, zylindrischen Flächen geeignet ist. Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugs.

Sich drehende, abtragende Werkzeuge, die insbesondere zum Reinigen oder Feinschleifen von inneren, zylindrischen Flächen, wie Brennkraftmaschinenzylinderwänden, ausgelegt sind, werden sowohl beim Überholen von Brennkraftmaschinen als auch bei der ursprünglichen Brennkraftmaschinenher­ stellung eingesetzt. Es ist erforderlich, daß die Wände dieser Zylinder spezielle Oberflächengüten haben, um in geeigneter Weise zu erreichen, daß das Schmieröl gehalten und verteilt wird. Beim Überholen der Brennkraftmaschine müssen die Zylinderwände ebenfalls von jeglichen Glatt­ schleifteilen oder Ablagerungen befreit werden, welche sich auf dem Zylinder oder den Ventilsitzwänden gebildet haben, um zusätzlich eine Oberflächengüte zu erreichen, mittels der das Schmieröl gehalten werden kann. Beispiele derartiger spezieller, abtragender Werkzeuge für derartige Zwecke lassen sich den US-PSen 33 84 915 und 38 71 139 entnehmen.

Solche abtragende Honwerkzeuge oder Bürsten verwenden ein rundes, vergrößertes, kugelförmiges Metallkorn als Schleif­ material an der Spitze von flexiblen Nylonborsten. Da bei einer runden Faser- bzw. Filamentbürste der Anfangskontakt mit dem Werkstück ein Punkt ist, kann sich das mit einem Schleifmittel versehene Element durch Abtragen derart ver­ ändern, daß es flach wird. Wenn ein eine flache Seite auf­ weisendes Filament in geeigneter Weise gegen die zu honende oder glanzzuschleifende Innenfläche gelegt wird, hat sich gezeigt, daß man mehr Werkstücke pro Zeiteinheit halten kann, und zwar selbst dann, wenn das Innere des Zylinders und auch die Ränder beispielsweise an den Ventilöffnungen in geeig­ neter Weise gehont oder gereinigt werden. Auch lassen sich bessere übereinstimmende Ergebnisse unter den bearbeitenden Teilen erzielen.

Ein flexibles, abtragendes, sich drehendes Werkzeug umfaßt eine Nabe, die derart ausgelegt ist, daß sie drehangetrie­ ben werden kann. Mit der Nabe fest verbunden sind gesonder­ te Borstenhaare aus steifen, aber flexiblen, mit einem Schleifmittel versehenen, plastischen Monofilamenten, welche radial nach außen vorstehen und sich dann in Umfangsrichtung von der gewünschten Drehrichtung des Werkzeugs allgemein in Form einer Spirale derart wegerstrecken, daß das distale Ende jedes Büschels oder jeder Borste über dem proximalen Ende des benachbarten Büschels oder der benachbarten Borste zu liegen kommt und federnd nachgiebig durch diese benach­ barten Borstenbüschel radial gestützt wird. Die Borsten­ monofilamente werden so gebogen, daß sie sich in Umfangs­ richtung der Nabe erstrecken, und vorzugsweise bestehen sie aus Nylon und sind mit etwa 45% eines Schleifmittels versehen. Die Filamente haben eine viereckige oder gering­ fügig ovale Querschnittsgestalt, so daß die breitere Seite des Monofilaments die Bearbeitungsfläche bildet. Das Werkzeug hat eine Anzahl von Anwendungsgebieten. Es ist aber insbe­ sondere derart ausgelegt, daß es in Umfangsrichtung in eine Bohrung oder einen Zylinder beispielsweise einer Brenn­ kraftmaschine gedrückt wird. Das sich drehende Werkzeug für diesen Zweck entgratet und schleift die Ränder aller Öffnungen bei derartigen Zylinderöffnungen äußerst fein. Die Erfindung umfaßt nicht nur das Verfahren zum Glatt­ schleifen oder Honen derartiger Oberflächen, sondern auch ein Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs und zum Aus­ wechseln der Büschel bzw. Borsten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Unteransicht eines sich drehenden Werk­ zeugs nach der Erfindung vor dem Einführen in einen Zylinder,

Fig. 2 eine Unteransicht des Werkzeuges im Anschluß an das Einführen zur Verdeutlichung des Zusammenpreßvor­ ganges des Werkzeugs,

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht eines Aus­ tauschbüschels oder eines Streifens,

Fig. 4 eine axiale Ausschnittsansicht des Werkzeuges in einem Zylinder zur Verdeutlichung der Art und Weise, mit der die Filamente die Innenfläche überstreichen und auch mit den Rändern beispielsweise von Öffnungen zusammenarbeiten,

Fig. 5 eine vergrößerte Achsschnittansicht zur Verdeutlichung der Filamentüberlappung und der Art und Weise, mit der die ebene Seite des Filaments die Innenfläche eines Zylinders überstreicht,

Fig. 6 eine schematische Stirnansicht des Werkzeuges, das dazu eingesetzt wird, daß eine ebene Fläche glanzgeschlif­ fen, entgratet oder gehont wird,

Fig. 7 eine ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Werkzeuges an einer Ecke,

Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines mit einem Schleifmittel versehenen Filaments zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 9 bis 12 entsprechend ähnliche Ansichten von weiteren Ausführungsformen der Filamente.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein flexibles, abtragendes Schleifwerkzeug oder ein Honwerkzeug 20 nach der Erfindung gezeigt. Das Werkzeug hat eine Nabe 22, die an einer Welle zum Drehantreiben des Werkzeuges beispielsweise in Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung angebracht werden kann. Die Nabe hat eine Reihe von radial vorspringenden Kanälen 23, in die Büschel, Streifen oder Reihen von mit Schleifmittel ver­ sehenen, plastischen Monofilamenten eingesetzt werden können, die insgesamt mit 24 bezeichnet sind. Die Büschel oder Streifen können mit ihrem Ende in die Kanäle 23 eingeführt und dort an Ort und Stelle festgelegt werden.

Wie bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ge­ zeigt, sind acht in gleichen Umfangsabständen angeordnete, einzelne Büschel oder Reihen im Werkzeug nach Fig. 1 vor­ gesehen. Wie ferner in Fig. 3 gezeigt ist, weist jedes Büschel eine Gruppe von mit einem Schleifmittel versehenen Monofilamenten 26 auf, die in einem Kanal 27 eingeschlossen und um einen Haltestab oder einen Haltedraht 28 gefaltet sind, um einen schwalbenschwanzförmigen Kanal zu bilden, der mit seinem Ende in den Kanal 23 eingeschoben werden kann. Die einzelnen Filamente, die das Büschel oder die Reihen bilden, sind vorzugsweise viereckige, plastische Filamente, in die jeweils über 30% und vorzugsweise etwa 45% Schleifmineralien eingelagert sind. Die flachen Seiten mit der größeren Erstreckung verlaufen parallel zur Achse des Werkstücks.

Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, erstrecken sich die Filamente von dem Kanal 27 aus symmetrisch und sie beginnen sich abzuflachen, wie dies bei 30 gezeigt ist. Kurz nach dem Verlassen des Kanals 27 jedoch krümmen sich die Filamente jeweils in eine gemeinsame Richtung im all­ gemeinen in Form einer Spirale, wie dies bei 32 angedeutet ist. Diese Krümmung hat eine Richtung von der beabsichtigten Drehrichtung des Werkzeuges wegweisend. Es ist zu sehen, daß die Filamente auf der stromabwärtigen Seite des Büschels oder der Reihe sich in stärkerem Maße als die Filamente auf der stromaufwärtigen Seite krümmen, wie dies bei 34 angedeutet ist. Auch können die Enden der Filamente, wie mit 36 angedeutet, abgeglichen sein, um eine im allge­ meinen kreisförmige Fläche für das Werkzeug zu erhalten.

Bedingt durch die Krümmung der Filamente und den Abgleich­ vorgang der Filamente auf der stromaufwärtigen Seite des Büschels oder der Reihe können diese schließlich gering­ fügig kürzer als die Filamente auf der stromabwärtigen Seite sein. Die Filamente werden dann in Form einer all­ mählichen Krümmung gebogen, wie dies in der Zeichnung dar­ gestellt ist, so daß sie an ihren inneren Enden radial ver­ laufen und dann im allgemeinen in Umfangsrichtung an ihren äußeren Enden weisen. Hierdurch ergibt sich, daß die nach vorne weisende Seite der Filamente, die dem Werkstück zuge­ wandt ist, in effektiver Weise über die zu bearbeitende Werkstückfläche streichen kann.

Derartige, mit einem Schleifmittel versehene, plastische Filamente sind relativ steif aber flexibel, und sie können auf diese Krümmung durch teilweises Erwärmen und ein an­ schließendes Abkühlen wie gezeigt eingestellt werden. Jedes Büschel oder jede Reihe kann zwischen entsprechend passend gekrümmten Formwerkzeugen angeordnet werden, um den ge­ wünschten Krümmungsgrad zu erreichen, oder das gesamte Werkzeug kann in Umfangsrichtung verengt werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, um die Filamente auf die gewünschte Krümmung zu biegen, woran sich eine teilweise Erwärmung anschließt. Bei der Abkühlung wird der gekrümmte und dar­ gestellte Zustand der Filamente fixiert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Werk­ zeug nach dem Einführen in die zylindrische Fläche 40, wie ein Zylinder eines Motorblocks, in Umfangsrichtung einge­ engt wird, so daß der Krümmungsgrad jedes Filaments noch stärker hervorgehoben wird. Das Werkzeug kann dann in Rich­ tung des Pfeils 41 drehangetrieben werden, um die innere Fläche des Zylinders zu reinigen und glanzzuschleifen. Wenn das Werkzeug in einer solchen Weise in dem Zylinder eingeschlossen ist, und in Gegenuhrzeigerrichtung wie ange­ geben drehangetrieben wird, liegen gekrümmte Büschel oder Reihen über den Filamenten des nächsten, benachbarten Büschels oder der nächsten, benachbarten Reihe, so daß die Filamente in Schichten angeordnet sind, wie dies bei 43 in Fig. 4 gezeigt ist. Die darunterliegenden Filamente, die mit 44 bezeichnet sind, wirken als Federn oder Kissen, welche die darüberliegenden Filamente 45 gegen das Werk­ stück andrücken, so daß die ebene Fläche dieser Filamente in Form einer Überstreichwirkung über die zu glättende Fläche 40 hinwegbewegt wird.

In Fig. 4 ist eine Öffnung 47 gezeigt, und es ist zu er­ sehen, daß die Filamente sich innerhalb dieser Öffnung biegen, wie dies bei 48 angedeutet ist, um die Ränder der Öffnung in geeigneter Weise glanzzuschleifen oder zu polieren, und zwar an der Stelle, an der sie in den Zylinder einmünden. Auch ist das in Fig. 4 gezeigte Werkzeug an einer Welle 49 angebracht, die mit dem Pfeil 50 gezeigt ist, hin- und hergehend bewegt werden kann, um spezielle oder ge­ musterte Schleifriefen an der Innenfläche des Zylinders zu erzeugen.

Auf Grund der ebenen Flächen an den Filamenten und dem grö­ ßeren Anteil des Schleifmittels an diesen gestattet das Werkzeug eine Bearbeitung von mehr Werkstücken pro Zeit­ einheit als bei einer üblichen Drehbürste, welche runde Filamente verwendet, oder einem abtragenden Honwerkzeug, das in den vorstehend genannten Patenten gezeigt ist.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist es die ebene Seite des Filaments, welches das Werkstück überstreicht, wodurch man einen ebenen Flächenkontakt erhält, so daß der Kontakt mit den Schleifmineralien in der Werkstückoberfläche optimiert wird, wodurch sich auf diese Weise mehr Werk­ stücke pro Zeiteinheit bearbeiten lassen. Die zusammen­ gedrückte Feder oder der Satz von Filamenten drückt die ebene Seite des Filaments in den Eingriffszustand in dem zu bearbeitenden Werkstück während der überstreichenden Bearbeitung.

Natürlich ist es selbstverständlich, daß jedes Ende des Werkzeugs in den Zylinder eingeführt werden kann, und daß dann das Werkzeug in Gegenrichtungen gedreht werden kann, um die überstreichende Bearbeitung der gegenüberliegenden Ränder der Öffnungen, Sitze, Schlitze, Bohrungen usw. zu erleichtern, wie dies bei 47 angedeutet ist.

Wie ebenfalls aus Fig. 6 zu entnehmen ist, kann das schematisch bei 20 gezeigte Werkzeug in Richtung des Pfeils 52 gedreht werden, um eine ebene Fläche 53 in einer vorgegebenen Krümmung der Filamente glanzzuschleifen, wo­ bei das flächenmäßige Zusammenarbeiten bei 55 gezeigt ist. Wenn man einen größeren Druck auf die Werkstückoberfläche dadurch aufbringt, daß man die Nabe mehr an die Werkstück­ oberfläche heranführt, werden in einfacher Weise die Fila­ mente stärker gebogen, und es wird auch eine stärkere Kissen- oder Federwirkung durch das Zusammenwirken der benachbarten Büschel oder Reihen erzeugt.

In Fig. 7 ist ein Werkzeug 20 gezeigt, das sich in Rich­ tung des Pfeils 58 dreht, um eine Ecke 59 abzutragen oder glattzuschleifen. Da die eingestellte Krümmung des Filaments, das die Ecke 59 verläßt, nicht in die Ausgangsstellung zurück­ springt, erreicht man, daß sich ein radial verlaufendes Filament ergibt. Ein solches übermäßiges Rückfedern oder Biegen der radialen Filamente setzt sich im allgemeinen über den gesamten Teil der Drehung des Werkstücks hinweg fort, wenn das Filament nicht in Eingriff mit dem Werkstück ist. Hierdurch kann es leicht zu einem Brechen des Filaments kommen. Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß das Werkzeug die zu schleifende Ecke 59 überqueren kann, um einen ausgezeich­ neten Radius herzustellen und Grate zu entfernen.

In Fig. 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Filaments gezeigt, das bei der Erfindung zur Verwendung kommt. Dieses Filament ist insgesamt mit 60 bezeichnet und umfaßt zwei flache Seiten 61 und 62 mit einer Haupterstreckung und Ränder 63 und 64. Die flachen Seiten mit der Haupterstreckung des Filaments sind in dem Werkzeug derart ausgerichtet, daß sie im allgemeinen parallel zur Achse des Werkzeugs verlaufen. Beispielsweise ist es die äußere oder nach außen weisende, längliche, flache Seite 61, welche das Werkstück überstreicht, um einen beträchtlichen Flächenkontakt mit dem Werkstück zu erzielen und einen Punktkontakt zu vermeiden, den man bei runden Filamenten oder bei kugelförmigen Metallkörnern des Schleifmittels erhielte.

Wie in der schwebenden Anmeldung der Anmelderin, die den Titel "Sich drehendes Schleifwerkzeug und Filament hierfür" trägt, die am gleichen Tag angemeldet wurde, angegeben ist, ermöglichen die größere Querschnittsfläche des Filaments und die Ausgestaltung derselben einen höheren Gehalt an Schleif­ mittel als bei einem üblichen, runden Filament. Das Filament hat vorzugsweise eine Nylonmatrix, in die das Schleifmineral eingebettet ist, welches mit einem Anteil von größer als 30 Gew.-% und vorzugsweise etwa 45 Gew.-% vorgesehen ist. Das Schleifmittel kann beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid oder auch ausgefallenere Schleifstoffe, wie polykristalliner Diamant, aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das viereckige Filament wenigstens zweimal so breit als dick und es kann eine Breite von dem drei- bis vierfachen der Dicke haben. Eine bevorzugte Größe für derartige Filamente hat sich bei einem Filament mit einer Breite von 2,28 mm und einer Dicke von 1,14 mm als besonders zweckmäßig erwiesen.

Weitere Querschnittsausgestaltungsformen des Filaments können verwendet werden, wobei die Krümmung des Werkzeugs nach der Erfindung vorgegeben werden kann, und wobei bei­ spielsweise das Filament 66 eine elliptische Form aufweisen kann, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Das Filament nach Fig. 9 hat eine Hauptachse mit einer entsprechenden Haupt­ erstreckung.

Ein übliches, rundes Filament, das bei 67 gezeigt ist, kann mit einer vorgegebenen Werkzeugkrümmung nach der Erfindung verwendet werden. In Fig. 11 ist ein dreieckiges Filament 68 und in Fig. 12 ein quadratisches Filament 69 gezeigt.

Auf alle Fälle haben die Filamente und Büschel, die hierbei gebildet werden, eine vorgegebene Krümmung im allgemeinen in Form des Verlauf seiner Spirale, so daß das Filament derart gekrümmt ist, daß die Arbeitsfläche von der Seite des Filaments anstelle von der Spitze gebildet wird. Hier­ durch kann die zu bearbeitende Werkstückfläche in stärkerem Maße mit Schleifmittel beaufschlagt werden, so daß man mit dem Werkzeug eine beträchtliche größere Anzahl von Werk­ stücken pro Zeiteinheit bearbeiten kann.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Werkzeug nach der Er­ findung derart ausgelegt, daß, wenn die Büschel oder Reihen verschlissen sind, diese leicht durch Büschel ausgetauscht werden können, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, bei denen die Filamente mit spiralförmig vorgegebener Krümmung ver­ sehen sind.

Obgleich die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs­ formen näher erläutert worden ist, ist die Erfindung natür­ lich nicht auf die Einzelheiten der bevorzugten Ausführungs­ formen beschränkt, sondern es sind zahlreiche Anwendungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (17)

1. Flexibles, abtragendes Schleifwerkzeug, ge­ kennzeichnet durch eine Nabe (22) und Büschel (24), welche steife, jedoch nachgiebige, mit einem Schleif­ mittel versehene Grundstoffilamente (26, 66, 67, 68, 69) aufweisen, die fest mit der Nabe (22) verbunden sind und von dieser vorstehen, wobei die Büschel (24) in radialer Richtung vorstehen und dann in Umfangsrichtung gekrümmt sind, so daß sich die Büschel (24) an der Werkzeugober­ fläche in Umfangsrichtung erstrecken.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die distalen Enden der Büschel (24) sich überlappen und federnd nachgiebig durch benach­ barte Büschel (24) in Krümmungsrichtung unterstützt sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krümmungsrichtung von der beab­ sichtigten Drehrichtung des Werkzeugs (20) wegweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krümmung im allgemeinen dem Verlauf einer Spirale folgt.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Filament (26, 66, 67, 68, 69) eine ebene Seite umfaßt, und daß die Krümmung jedes Fila­ ments (26, 66, 67, 68, 69) derart gewählt ist, daß diese ebene Seite dem Werkstück zugewandt ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Filament (26) im Querschnitt viereckig ist.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Filament (26) wenigstens zweimal so breit als dick ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Filament (26, 66, 67, 68, 69) mit wenigstens 30 Gew.-% an Schleifmaterial versehen ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Filament (26, 66, 67, 68, 69) mit wenigstens 45 Gew.-% an Schleifmittel versehen ist.

10. Sich drehendes Werkzeug, gekennzeich­ net durch eine Reihe aus ebenen, mit einem Schleif­ mittel versehenen Monofilamenten (26, 66, 67, 68, 69), wobei die Monofilamente jeweils in radialer Richtung ver­ laufen und dann sich in Umfangsrichtung krümmen, so daß eine Seite des Monofilaments dem Werkstück zugewandt ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Monofilament (26, 66, 67, 68, 69) eine ebene Seitenfläche umfaßt, und daß die Auslegung derart getroffen ist, daß die Krümmung des Monofilaments diese ebene Seitenfläche auf das Werkstück richtet.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Monofilament (26, 66) im Querschnitt viereckig ist und etwa 30 bis etwa 45 Gew.-% eines Schleifminerals enthält.

13. Verfahren zum Honen von zylindrischen Metallinnen­ flächen, gekennzeichnet durch die Schritte, gemäß denen ein sich drehendes Werkzeug in den Zylinder eingeführt wird, wobei es sich beispielsweise um ein Werk­ zeug handelt, das mit einem Schleifmittel versehene, steife aber flexible Kunststoffilamente aufweist, die Filamente sich radial von der Nabe des Werkzeugs wegerstrecken und sich dann in Umfangsrichtung dieser inneren Fläche krümmen, durch das Einführen die Krümmung der Filamente verstärkt wird, und dann die Nabe gedreht wird, um zu bewirken, daß die in Umfangsrichtung gekrümmten Teile der Filamente in Umfangsrichtung die zylindrische Innenfläche überstreichen.

14. Verfahren zum Herstellen eines abtragenden Werk­ zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß ein Büschel aus mit einem Schleifmittel versehenen Kunststof­ filamenten gebildet wird und die Filamente im allgemeinen in Form einer spiralförmigen Krümmung gebogen werden, und daß die Büschel an einer Nabe derart angebracht werden, daß die Krümmung jedes Büschels in dieselbe Richtung weist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filamente vor dem Biegen erwärmt werden und dann in der gebogenen Lage abgekühlt werden.

16. Verfahren zum Herstellen eines abtragenden Werk­ zeugs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Büscheln aus radial verlaufenden, mit einem Schleifmittel versehenen Filamenten an einer Nabe ange­ bracht wird, die Filamente erwärmt werden und die Filamente derart verengt werden, daß bewirkt wird, daß jedes Filament in eine gemeinsame Richtung gekrümmt ist, und daß dann diese Filamente abgekühlt werden, um die Krümmung des jeweiligen Filaments zu fixieren.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filamente zur Erzielung einer kreisförmigen Werkzeugfläche abgeglichen werden.