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Die
Erfindung betrifft ein drehbares Abreibwerkzeug und insbesondere
eine sich drehende abtragende Bürste
oder ein Honwerkzeug, das in idealer Weise zum Feinschleifen oder
Honen von inneren, zylindrischen Flächen geeignet ist.
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Sich
drehende, abtragende Werkzeuge, die insbesondere zum Reinigen oder
Feinschleifen von inneren, zylindrischen Flächen, wie Brennkraftmaschinenzylinderwände, ausgelegt
sind, werden sowohl beim Überholen
als auch beim Herstellen von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Es
ist erforderlich, dass die Wände
dieser Zylinder spezielle Oberflächengüten haben,
um zu erreichen, dass das Schmieröl richtig gehalten und verteilt
wird. Beim Überholen
von Brennkraftmaschinen müssen
die Zylinderwände
außerdem
von jeglichen Glattschleifteilen oder Ablagerungen befreit werden,
welche sich auf den Zylinder- oder den Ventilstitzwänden gebildet haben.
Beispiele spezieller, abtragender Werkzeuge für derartige Zwecke sind aus
der
US 3,384,915 und der
US 3,871,139 bekannt.
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Solche
abtragenden Honwerkzeuge oder Bürsten
haben ein rundes, vergrößertes,
kugelförmiges
Metallkorn als Schleifmaterial an der Spitze von flexiblen Nylonborsten.
Da bei einer Bürste
mit runden Fasern bzw. Filamenten der anfängliche Kontakt mit dem Werkstück punktförmig ist,
wird das mit Schleifmittel versehene Filament durch Abtragen flach.
Wenn ein eine flache Seite aufweisendes Filament richtig gegen die
zu honende oder glanzzuschleifende Innenfläche gelegt werden kann, hat
sich gezeigt, dass bei guter Endbearbeitung oder Reinigung von Zylinderinnenwänden und
auch von Ecken wie an Ventilöffnungen
mehr Arbeit pro Zeiteinheit geleistet wird. Auch lassen sich bessere übereinstimmende
Ergebnisse unter den bearbeiteten Teilen erzeugen.
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Bei
einem bekannten Schleifwerkzeug bestehen die an einer Nabe angeordneten
Schleifelemente aus elastischen Schnüren oder Bändern, die mit Schleifmittel
beschichtet oder mechanisch oder chemisch an der Oberfläche angerauht
sind (
DE 33 42 839
A1 ). Die Standzeit der Schleifelemente ist beschränkt. Nach
Abtragen der Oberfläche
der Schleifelemente sind diese wirkungslos.
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Drehbare
Schleif- und Polierwerkzeuge sind auch aus
DE 25 01 589 A1 und
DE 1 745 933 U bekannt.
Die Schleifelemente sind an einer Nabe befestigt und ragen in radialer
Richtung von der Nabe weg. Sie werden während des Gebrauchs durch Trägheitskräfte bei
schneller Drehung und durch den Anpressdruck so verbogen, dass die äußeren Enden der
Schleifelemente an der zu bearbeitenden Oberfläche anliegen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein drehbares Abreibwerkzeug
zu schaffen, das bei verbesserter Abreibwirkung auch eine längere Standzeit
der abtragenden Elemente des Werkzeuges aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Abreibwerkzeug gelöst, welches die Merkmale des
Patent Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
dieses Werkzeuges sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
flexible, abtragende, sich drehende erfindungsgemäße Werkzeug
umfasst eine Nabe, die derart ausgelegt ist, dass sie drehangetrieben
werden kann. Mit der Nabe fest verbunden sind gesonderte Borstenhaare
aus steifem, aber flexiblem mit einem Schleifmittel versehenen Kunststoff
in Form von Monofilamenten, welche radial nach außen vorstehen
und sich dann in Umfangsrichtung entgegen der gewünschten
Drehrichtung des Werkzeugs in Form einer Spirale derart erstrecken,
dass das äußere Ende
jedes aus den Monofilamenten gebildeten Büschels oder jeder Borste über dem
Ende eines benachbarten Büschels
oder einer benachbarten Borste zu liegen kommt und federnd nachgiebig
durch diese benachbarten Borstenbüschel radial gestützt wird.
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Die
Borstenmonofilamente sind so gebogen, dass sie sich in Umfangsrichtung
der Nabe erstrecken. Vorzugsweise bestehen sie aus Nylon und enthalten
etwa 45 % eines Schleifmittels. Die Filamente haben eine viereckige
oder geringfügig
ovale Querschnittsgestalt, so dass die breitere Seite jedes Monofilaments
die Bearbeitungsfläche
bildet.
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Das
Werkzeug hat eine Anzahl von Anwendungsgebieten. Es ist aber insbesondere
derart ausgelegt, dass es in Umfangsrichtung zusammengedrückt in eine
Bohrung oder einen Zylinder beispielsweise einer Brennkraftmaschine
gesteckt werden kann. Das sich drehende Werkzeug entgratet und schleift
die Ränder
aller Öffnungen
bei derartigen Zylinderöffnungen äußerst fein.
Es ist auch zum Glattschleifen oder Honen von Oberflächen geeignet.
Seine Büschel
bzw. Borsten können
bei Bedarf ausgewechselt werden.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügte
schematische Zeichnung. Darin zeigt:
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1 eine Stirnansicht eines
sich drehenden Abreibwerkzeuges nach der Erfindung von dem Einführen in
einen Zylinder,
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2 eine Stirnansicht des
Abreibwerkzeugs nach dem Einführen
in einen Zylinder zur Verdeutlichung des Zusammenpressvorganges
des Werkzeuges,
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3 eine im Maßstab vergräßerte Seitenansicht
eines Austauschbüschels
oder eines -streifens,
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4 einen axialen Teilabschnitt
des Abreibwerkzeuges in einem Zylinder, woraus zu erkennen ist,
wie die Filamente die Innenfläche überstreichen und
mit Rändern
beispielsweise von Öffnungen
zusammenarbeiten,
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5 einen im Maßstab vergrößerten Teilquerschnitt,
woraus zu erkennen ist, wie die Filamente einander überlappen
und wie die flache Seite des Filaments die Innenfläche eines
Zylinders überstreicht,
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6 eine schematische Stirnansicht
des Abreibwerkzeuges zum Glanzschleifen, Entgraten oder Honen einer
ebenen Fläche,
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7 eine ähnliche Ansicht wie in 6 zur Verdeutlichung der
Arbeitsweise des Abreibwerkzeuges an einer Ecke,
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8 einen im Maßstab vergrößerten Querschnitt
einer bevorzugten Ausführungsform
eines mit Schleifmittel versehenen Filaments zur Verwendung bei
der vorliegenden Erfindung, und
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9–12 ähnliche
Querschnitte von weiteren Ausführungsformen
der Filamente.
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In 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 Dreahantreiben
des Werkzeuges – beispielsweise
in 1 im Uhrzeigerrichtung – angebracht
werden kann. Die Nabe hat eine Reihe von radial vorspringenden Kanälen 23,
in die Büschel 24,
Streifen oder Reihen von mit Schleifmittel versehenen, plastischen
Monofilamenten eingesetzt werden können. Die Büschel oder Streifen können mit
ihrem einen Ende in die Kanäle 23 eingeführt und
dort an Ort und Stelle festgelegt werden.
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Wie
bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform gezeigt, sind acht
in gleichen Umfangsabständen
angeordnete, einzelne Büschel
oder Reihen im Werkzeug nach 1 vorgesehen.
Wie 3 zeigt, weist jedes
Büschel 24 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 Filamente aus Kunststoff, in die jeweils über 30 %
und vorzugsweise etwa 45 Schleifmineralien eingelagert
sind. Die flachen Seiten der Filamente 26 mit der größeren Erstreckung
verlaufen parallel zur Achse des Werkstückes.
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Wie
in 1 und 3 gezeigt, 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 Allgemeinen 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 Allgemeinen kreisförmige Fläche für das Werkzeug
zu erhalten. Bedingt durch die Krümmung der Filamente und den Abgleichvorgang
der Filamente auf der stromaufwärtigen
Seite des Büschels
oder der Reihe können
diese schließlich
geringfügig
kürzer
als die Filamente auf der stromabwärtigen Seite sein. Die Filamente werden
dann in Form einer allmählichen
Krümmung gebogen,
wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, so dass sie an ihren
inneren Enden radial verlaufen und dann im Allgemeinen in Umfangsrichtung
mit ihren äußeren Enden
weisen. Hierdurch ergibt sich, dass die nach vorne weisende Seite
der Filamente, die dem Werkstück
zugewandt ist, in effektiver Weise über die zu bearbeitende Werkstückfläche streichen kann.
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Derartige,
mit einem Schleifmittel versehene Filamente aus Kunststoff sind
relativ steif, aber flexibel, d. h. biegsam, und sie können auf
diese Krümmung
durch teilweises Erwärmen
und ein anschließendes
Abkühlen
wie gezeigt eingestellt werden. Jedes Büschel oder jede Reihe kann
zwischen entsprechend passend gekrümmten Formwerkzeugen angeordnet
werden, um den gewünschten
Krümmungsgrad
zu erreichen, oder das gesamte Werkzeug kann in Umfangsrichtung
zusammengedrückt
werden, wie dies in 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 dargestellte Zustand der Filamente fixiert.
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Aus 2 ist zu ersehen, dass das
Werkzeug nach dem Einführen
in die zylindrische Fläche 40,
wie ein Zylinder eines Motorblocks, in Umfangsrichtung eingeengt
bzw. zusammengedrückt
ist, so dass der Krümmungsgrad
jedes Filaments noch verstärkt
wurde. Das Werkzeug kann dann in Richtung des Pfeils 41 drehangetrieben
werden, um die innere Fläche
des Zylinders zu reinigen und glanzzuschleifen. Wenn das Werkzeug
in dem Zylinder eingeschlossen ist und im Uhrzeigersinn 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 4 gezeigt
ist. Die darunter liegenden Filamente 44 wirken als Federn
oder Kissen, welche die darüber
liegenden Filamente 45 gegen das Werkstück andrücken, so dass die ebene Fläche dieser
Filamente in Form einer Überstreichwirkung über die
zu glättende
Fläche 40 hinwegbewegt
wird.
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In 4 ist eine Öffnung 47 gezeigt,
und es ist zu ersehen, dass die Filamente sich innerhalb dieser Öffnung biegen,
wie dies bei 48 angedeutet ist, um die Ränder der Öffnung richtig
glanzzuschleifen oder zu polieren, und zwar an der Stelle, an der
sie in den Zylinder einmünden.
Auch ist in 4 gezeigt, dass
das Werkzeug an einer Welle 49 angebracht ist, die, wie
mit dem Pfeil 50 gezeigt, hin- und hergehend bewegt werden
kann, um spezielle oder gemusterte Schleifriefen an der Innenfläche des
Zylinders zu erzeugen.
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Aufgrund
der ebenen Flächen
der Filamente und dem größeren Anteil
des darin enthaltenen Schleifmittels leistet das Werkzeug mehr Arbeit
pro Zeiteinheit als eine übliche
Drehbürste
mit im Querschnitt runden Filamenten oder ein Honwerkzeug, das aus
den
US 3,384915 und
3,871139 bekannt ist.
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Wie
in 4 und 5 gezeigt, ist es die ebene Seite des
Filaments, welche das Werkstück überstreicht,
wodurch man einen ebenen Flächenkontakt erhält, so dass
der Kontakt mit den Schleifmineralien in der Werkstückfläche optimiert
wird, wodurch mehr Arbeit pro Zeiteinheit geleistet wird. Die zusammengedrückte Feder
oder der Satz von Filamenten drückt die
ebene Seite des Filaments in Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstück bei der überstreichenden Bearbeitung.
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Jedes
Ende des Werkzeuges kann in den Zylinder eingeführt werden und das Werkzeug
kann in Gegenrichtungen gedreht werden, um die überstreichende Bearbeitung
der gegenüberliegenden Ränder von Öffnungen,
Sitzen, Schlitzen, Bohrungen usw. zu erleichtern, wie dies bei 47 angedeutet
ist.
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Wie
aus 6 zu entnehmen ist,
kann das schematisch gezeigte Werkzeug 20 in Richtung des Pfeils 52 gedreht
werden, um eine ebene Fläche 53 in
einer vorgegebenen Krümmung
der Filamente glanzzuschleifen, wobei das flächenmäßige Zusammenarbeiten bei 55 gezeigt
ist. Wenn man einen größeren Druck
auf die Werkstückfläche dadurch
aufbringt, dass man die Nabe mehr an die Werkstückfläche heranführt, werden in einfacher Weise
die Filamente stärker
gebogen, und es wird auch eine stärkere Kissen- oder Federwirkung
durch das Zusammenwirken der benachbarten Büschel oder Reihen erzeugt.
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In 7 ist ein Werkzeug 20 gezeigt,
das sich in Richtung des Pfeils 58 dreht, um eine Ecke 59 abzutragen
oder glatt zu schleifen. Das gekrümmte Filament springt beim
Verlassen der Ecke 59 nicht so stark in die Ausgangsstellung
zurück
wie ein radial verlaufendes Filament. Ein solches übermäßiges Rückfedern
oder Biegen radialer Filamente setzt sich im Allgemeinen über den
gesamten Teil der Drehung des Werkzeuges fort, wenn das Filament
nicht in Eingriff mit dem Werkstück
ist, und trägt
zum Brechen der Filamente bei. Aus 7 ist
zu ersehen, dass das Werkzeug die zu bearbeitende Ecke 59 überstreichen
kann, um einen ausgezeichneten Radius herzustellen und Grate zu
entfernen.
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Das
in 8 im vergrößerten Querschnitt gezeigte
Filament 60 hat in seiner Haupterstreckung zwei flache
Seiten 61 und 62 und dazwischen Ränder 63 und 64.
Die flachen Seiten der Haupterstreckung des Filaments sind in dem
Werkzeug derart ausgerichtet, dass sie im Allgemeinen parallel zur
Achse des Werkzeuges 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.
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Die
größere Querschnittsfläche des
Filaments 60 und die Ausgestaltung derselben ermöglichen
einen höheren
Gehalt an Schleifmittel 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 ein ausgefalleneres
Schleifmittel wie polykristalliner Diamant sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das viereckige Filament wenigstens zweimal so breit als dick und
es kann eine Breite von dem Drei- bis Vierfachen seiner Dicke haben.
Eine spezielle Größe derartiger
Filamente hat eine Breite von 2,28 mm und eine Dicke von 1,14 mm.
Derartige Filamente haben sich als brauchbar erwiesen.
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Weitere
Querschnittsausgestaltungsformen der gekrümmten Filamente des Werkzeuges
nach der Erfindung können
vorgegeben werden, wobei beispielsweise das Filament 66 eine
elliptische Form aufweisen kann, wie dies in 9 gezeigt ist. Das Filament nach 9 hat eine deutlich größere Hauptachse.
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Ein übliches
im Querschnitt rundes Filament 67 kann auch für ein Werkzeug
mit vorgegebener Krümmung
verwendet werden.
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In 11 ist ein im Querschnitt
dreieckiges Filament 68 und in 12 ein im Querschnitt quadratisches Filament 69 gezeigt.
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Auf
alle Fälle
haben die Filamente und die daraus gebildeten Büschel eine vorgegebene Krümmung in
allgemeiner Form einer Spirale, wobei die Filamente derart gekrümmt sind,
dass die Arbeitsfläche von
einer Seite des Filaments, statt von der Spitze desselben, gebildet
wird. Hierdurch kann die zu bearbeitende Werkstückfläche in stärkerem Maße mit Schleifmittel beaufschlagt
werden, so dass das Werkzeug beträchtlich mehr Arbeit pro Zeiteinheit leistet.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist
das Werkzeug nach der Erfindung derart ausgelegt, dass wenn die aus
Filamenten gebildeten Büschel
oder Reihen verschlissen sind, diese gegen Büschel gemäß 3 ausgetauscht werden können, bei
denen die Filamente eine spiralförmig
vorgegebene Krümmung aufweisen.