DE4029600A1 - Spanabhebendes endbearbeitungswerkzeug und verfahren zum herstellen desselben - Google Patents
Spanabhebendes endbearbeitungswerkzeug und verfahren zum herstellen desselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft allgmein gesprochen ein flexibles
spanabhebendes Endbearbeitungs- oder Schleifwerkzeug und
insbesondere eine drehbare spanabhebende Bürste oder ein
Honwerkzeug, welches an einem Schaft bzw. einer Welle befestigt ist
und ideal für die abschließende Oberflächenbehandlung von
zylindrischen Innenwänden geeignet ist. Die Erfindung betrifft auch
ein Verfahren zur Herstellung dieses Werkzeuges.
Rotierende spanabhebende Werkzeuge, welche insbesondere für den
Zweck der Reinigung oder abschließenden Oberflächenbehandlung
innerer zylindrischer Oberflächen ausgelegt sind, können in vielen
Ausführungsformen Verwendung finden. Wenn man anstelle der Spitze
die Seite eines Filamentes oder einer Schleiffaser geeignet an die
zu schleifende Oberfläche heranführt, stellt man fest, daß pro
Zeiteinheit wesentlich mehr Arbeit verrichtet werden kann. Dies gilt
insbesondere dann, wenn die Faser eine abgeflachte Seite hat, welche
in der Rotationsrichtung ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung ist
dann vorteilhaft, wenn das Innere eines Zylinders geschliffen oder
gesäubert werden soll, aber auch Randbereiche können damit
bearbeitet werden. Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit
bestimmten Verbesserungen dieser Art von Werkzeug und schafft
insbesondere kleinere und wirtschaftlichere Werkzeuge, welche
abgeplattete Schleiffasern oder Monofile und solche anderer Form
enhalten.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Schleifwerkzeug vor, welches in
seiner Längsachse einen Schaft sowie ein relativ dünnes, plattes
Bündel von Schleiffasern oder Monofilen aufweist. Dieses dünne,
abgeplattete Bündel von Schleiffasern hat einen Mittelbereich, zwei
Endbereiche und zwei Zwischenbereiche zwischen dem Mittelbereich und
den Endbereichen. Der Mittelbereich ist am Schaft befestigt und die
Zwischenbereiche des Bündels zeigen radial auf zwei Seiten von dem
Schaft weg in eine Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur
Längsachse ist.
Jede Schleiffaser bzw. jedes Monofil des Bündels hat einen im
wesentlichen rechteckigen Querschnitt und enthält abrasives
Material, welches halbwegs homogen in ihr verteilt ist. Der Schaft
besteht aus einem Draht, der sich in einen Befestigungsbereich und
zwei Stege aufteilt. Der Befestigungsbereich umschließt das Bündel
und die beiden Stege werden unterhalb des Bündels verdreht und
formen so einen gedrehten Griff. Die rechteckig geformte
Schleiffaser hat eine Ausdehnung in der Breite und in der Dicke,
wobei die Breite mindestens zweimal so groß ist wie die Dicke. Die
Schleiffasern oder Monofile sind so ausgerichtet, daß die Breitseite
im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schaftes oder Griffes
ist. Die Schleiffasern oder Monofile enthalten mindestens 30 Gew-%
und vorzugsweise mehr als 45 Gew.-% abrasives Material.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zwischenbereiche im
wesentlichen in einer Ebene angeordnet, welche durch die Längsachse
des Schaftes geht, wobei auch noch die Endbereiche in derselben
Ebene liegen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Endbereiche
spiralförmig von den Zwischenbereichen an den beiden Seiten des
Schaftes weggebogen. Diese Biegung geht vom Mittelbereich weg
entgegen der beabsichtigten Drehrichtung des Werkzeuges. Diese
Biegung kann eine Kurve formen, und die zwei Kurven auf den
gegenüberliegenden Seiten des Bündels können im wesentlichen ein "S"
formen. Die Biegung kann aber auch einen Winkel in bezug auf die
Zwischenbereiche des Bündels zwischen 100° und 170° und vorzugsweise
ungefähr 135° bilden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der
Befestigungsbereich des Drahtes gedreht sein, so daß das Bündel der
Schleiffasern, welche radial nach außen zeigen, eine Spirale längs
der Längsachse des Drahtes bilden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das
Schleifwerkzeug aus einer Lage steifer, nur ein bißchen federnder
Kunststoffasern oder -monofile bestehen, welche mit abrasivem
Material beladen und welche an dem Schaft befestigt sind. Jede
dieser Fasern hat zwei Enden, die radial von der Längsachse des
Schaftes weg in entgegengesetzte Richtung zeigen. Die Fasern oder
Monofile werden im Gebrauch etwas gebogen.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren, diese
rotierenden Schleifwerkzeuge herzustellen. Eine Anzahl gerader
Monofile oder Schleiffasern, die abrasives Material homogen verteilt
enthalten, werden zu einem relativ dünnen Bündel zusammengefaßt. Das
Bündel wird in den gebogenen Mittelteil eines Drahtes eingelegt und
die über das Bündel hinausstehenden Enden des Drahtes werden zu
einem Stiel oder Griff verdreht. Dazu wird das Werkzeug in eine
Vorrichtung gespannt, welche eine Mittelbohrung und zwei diametral
gegenüberliegende befestigte Zapfen hat, welche den Griff oder Stiel
aufnehmen. Zwei diametral gegenüberliegende größere Zapfen erfassen
die gegenüberliegende Seite des Bündels, so daß das Bündel verdreht
wird. Die Monofile oder Fasern werden erhitzt und abgeschreckt, so
daß sie die gekrümmte Form der beiden größeren Zapfen auf den
gegenüberliegenden Seiten des Loches annehmen.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der Zeichnungen erläutert, in
denen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Werkzeuges dargestellt
sind, und zwar zeigt
Fig. 1 ein drehbares Schleifwerkzeug einer ersten Ausführungsform
gemäß vorliegender Erfindung in perspektivischer
Darstellung;
Fig. 1A einen vergrößerten Querschnitt einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1B einen ähnlichen Querschnitt einer anderen Form von Fasern
oder Filamenten bzw. Monofilen;
Fig. 2 das Werkzeug aus Fig. 1 in Draufsicht;
Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines drehbaren
Schleifwerkzeuges der vorliegenen Erfindung in
perspektivischer Darstellung;
Fig. 4 das in einen Zylinder eingeführte Werkzeug aus Fig. 3
in Draufsicht, woraus die Form zu erkennen ist, die das
Werkzeug bei einer derartigen Anwendung annimmt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines drehbaren
Schleifwerkzeuges ähnlich dem aus Fig. 3, aber mit einem
dünneren Bündel;
Fig. 6 eine Draufsicht des Werkzeuges aus Fig. 5;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform des Werkzeuges;
Fig. 8 eine Draufsicht des Werkzeuges aus Fig. 7.
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform eines drehbaren Werkzeuges der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 10 eine Draufsicht des Werkzeuges aus Fig. 9;
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des Werkzeuges der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine Draufsicht des Werkzeuges aus Fig. 11;
Fig. 13 eine Teildraufsicht des Werkzeuges aus Fig. 12, nachdem es
in einen Zylinder eingeführt und gedreht worden ist, wobei
die Form, die das Werkzeug bei einer solchen Anwendung
annimmt, zu erkennen ist;
Fig. 14 eine Explosionsdarstellung einer Befestigungsvorrichtung
zum Herstellen von erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugen;
Fig. 15 eine Draufsicht der Vorrichtung aus Fig. 14 in Draufsicht,
nachdem das Werkzeug in sie eingeführt worden ist;
Fig. 16 eine Vorderansicht der Vorrichtung mit eingesetztem
Werkzeug sowie mit angesetztem Drehwerkzeug, welches gegen
den Uhrzeigersinn gedreht worden ist;
Fig. 17 eine Draufsicht der Vorrichtung, nachdem das Drehwerkzeug
gedreht und entfernt worden ist;
Fig. 18 eine Vorderansicht der Vorrichtung, nachdem das
Drehwerkzeug gedreht und entfernt worden ist;
Fig. 19 eine Draufsicht der Vorrichtung und des geformten
Werkzeuges, nachdem der Deckel in seine ursprüngliche
Position aus Fig. 1 zurückgedreht worden ist; und
Fig. 20 in Explosionsdarstellung die Vorrichtung aus Fig. 19.
Wenn hier von Schleiffasern oder Fasern gesprochen wird, so sind
darunter insbesondere auch Monofile oder filamentartige bzw.
strangförmige flexible Körper der aus der Zeichnung ersichtlichen
Art zu verstehen, die eine schleifende, honende oder sonstige
spanende Oberflächenbearbeitung an Werkstücken und insbesondere in
zylindrischen Bohrungen ausführen können.
Mit Bezug auf die Zeichnungen und besonders die Fign. 1 und 2 wird
im folgenden ein Werkzeug (30) entsprechend der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Das Werkzeug (30) besteht aus einem Schaft
(32), der so ausgelegt ist, daß das Werkzeug entgegen dem
Uhrzeigersinn rotieren kann. Das Werkzeug (30) besteht weiterhin aus
einem relativ dünnen flachen Bündel (34) von Einzelfasern (35). Der
Schaft (32) besteht aus zwei Stegen (36) und einem
Befestigungsbereich (40) zwischen den Stegen.
Der Befestigungsbereich (40) umschließt das Bündel (34), und die
Stege (36) werden unterhalb des Bündels (34) verdreht und formen so
einen gedrehten Griff (42) oder Stiel. Der Schaft (32) hat eine
Längsachse (43) die in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie
verdeutlicht wird. Das Bündel (34) hat ein Mittelteil (44), das von
dem Befestigungsbereich (40) des Schaftes (32) umschlossen wird. Das
Bündel hat zwei Endbereiche (46) sowie Zwischenbereiche (50)
zwischen dem Mittelbereich und den Endbereichen. Die
Zwischenbereiche (50) zeigen auf beiden Seiten (52) des Schaftes
(32) radial nach außen.
Die Fasern oder Einzelfasern (35) im Bündel (34) sind vorzugsweise
rechteckige Kunststoffasern, haben also mit anderen Worten einen im
wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Fign. 1A und 1B zeigen
typische Querschnitte dieser Fasern (35). Diese rechteckige Form des
Querschnittes der Faser (35) hat eine Breite (54) und eine Dicke
(56). Fig. 14 zeigt eine Faser mit einem nahezu perfekten
rechteckigen Querschnitt, während die Ecken der Faser in Fig. 1B
abgerundet sind. Die Breite (54) der rechteckigen Faser (35) ist
vorzugsweise doppelt so groß wie die Dicke dieser Faser. Die Faser
(35) ist vorzugsweise so ausgerichtet, daß die Breite (54) parallel
zur Längsachse (43) des Schaftes (32) verläuft. In diesem Sinne ist
die Breite (54) der Faser (35) also parallel zu der Achse
ausgerichtet, in der das Werkzeug in den Zylinder eingeführt wird.
Typischerweise ist der rechteckige Querschnitt der Faser an seiner
im wesentlichen flachen Seite ungefähr 0,229 cm breit und ungefähr
0,114 cm dick. Es können aber auch Fasern mit rechteckigem
Querschnitt verwendet werden, deren flache Seite drei- bis viermal
der Dicke der Faser entspricht. D. h., die Breite sollte
vorzugsweise nicht größer als viermal, besser dreimal und
idealerweise ungefähr zweimal die Dicke sein. Die Länge der Faser,
ausgehend vom Schaft, sollte mindestens zehnmal so groß sein wie die
Breite und vorzugsweise mindestens zwanzigmal größer als die Breite
sein. Die Faser kann aus extrudiertem Kunststoffmaterial wie z. B.
Nylon bestehen, welches gleichmäßig mit abrasiven Mineralen wie z. B.
Aluminiumoxid oder Siliciumcarbit durchsetzt ist.
Andere, etwas ausgefallenere abrasive Minerale wie z. B.
Diamantstaub können ebenfalls Verwendung finden. Des weiteren kann
die Körnung des abrasiven Materials in großen Bandbreiten verändert
werden von groben zu feinen Pulvern für extra feine Polituren und
Hochglanzeffekte auf Werkstücken.
Die Fasern werden durch einen Extruder geformt. Die Extrusion
bedingt, daß das Material in eine homogene Schmelze überführt wird.
Diese Schmelze wird durch ein Formstück gepreßt, welches die
gewünschte Form hat. Die Schmelze wird dann zurückgekühlt, bis sie
wieder erstarrt, und liegt dann in der gewünschten Form vor.
Extruder weisen gewöhnlich eine Extruderschraube oder Schnecke auf,
welche die Schmelze knetet und die das Kernstück des
Extruderprozesses ist. Diese Schnecke stellt unter anderem sicher,
daß die Schmelze immer von optimaler Qualität ist und daß die
Anforderung an die Mischung der Schmelze und an die Gleichmäßigkeit
des extrudierten Produktes erfüllt werden.
Um eine extrudierte abrasive Nylonfaser zu erhalten, muß das Nylon
auf eine Temperatur von ungefähr 232°C bis 246°C erhitzt werden.
Die abrasiven Minerale werden dann zugesetzt und gleichmäßig
verteilt, so daß jede Partikel des abrasiven Materials von Nylon
umgeben wird. Mit anderen Worten, die abrasiven Partikel berühren
sich nicht gegenseitig, sondern werden, jede für sich, von der
Schmelze umschlossen. Diese homogene Schmelze wird dann
kontinuierlich durch das Formstück gepreßt, welches entsprechend der
zu gewinnenden Faser einen rechteckigen Querschnitt hat. Die
Schmelze wird dann zurückgekühlt, bis sie wieder erstarrt, und liegt
dann in der gewünschten Form vor. Die erzeugten Fasern haben eine
sehr gleichmäßige Verteilung von abrasivem Material.
Die Extrusion ist ein anderer Prozeß als das Verpressen, das
teilweise zur Herstellung von Schleifkörpern genutzt wird. Die
Verpressung wird normalerweise bei Zimmertemperatur vorgenommen und
die abrasiven Partikel werden in das Material hineingepreßt,
manchmal mit der Hilfe von Klebstoffen oder Bindemitteln.
Beim Verpressen neigen die Partikel dazu, sich aneinander anzulegen
und eigentümliche Linien in dem Produkt zu hinterlassen. Weiterhin
ist die Verteilung der Partikel nicht gleichmäßig. Dieses gilt auch,
wenn eine Mischung von sehr gleichmäßig geformten und verteilten
Partikeln verwendet wird, da die Druckkräfte eine Ausrichtung der
Partikel bewirken.
Das Kunststoffmaterial hat bei 7 GPa einen Young-Modul größer als
0.1 und vorzugsweise größer als 0.4. Der Young-Modul ist definiert
als die Kraft, die ein Material aufnehmen kann, ohne nach Wegnahme
der Kraft eine bleibende Verformung zu zeigen. Er ist ein Maß für
die Elastizität oder das Verhältnis von angreifender Kraft und
erzeugter Dehnung.
Ein bevorzugtes Kunststoffmaterial für die Extrusion der
Schleiffasern ist Nylon. Das bevorzugte Nylon ist Nylon 6/12.
Nylons sind langkettige, teilweise kristalline synthetische
polymere Amide (Polyamide). Polyamide werden im wesentlichen durch
Kondensationsreaktion von Diaminen und Dicarbonsäuren oder Stoffen
mit Säure- und Aminogruppen dargestellt. Nylons haben hervorragende
Beständigkeit gegen Öle, Fette, Lösungsmittel und Laugen sowie
gegen wiederholte Druckeinleitung, Abrieb und Ermüdung. Andere
physikalische Eigenschaften sind niedriger Reibungskoeffizient,
hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit. Nützlich sind die mechanischen
Eigenschaften Tragkraft und Steifheit von Nylon. Im allgemeinen
gilt, daß die Nylonfaser umso steifer ist, je größer die Zahl der
Amidbindungen ist, dasselbe gilt für die Zugfestigkeit und die
Höhe des Schmelzpunktes. Mehrere Formen von Nylon sind gebräuchlich
und im Handel:
A. Nylon 6/6, synthetisiert aus Hexamethylendiamin (HMD) und Adipinsäure;
B. Nylon 6/9, synthetisiert aus HMD und Azelainsäure;
C. Nylon 6/10, synthetisiert aus HMD und Sebacinsäure;
D. Nylon 6/12, synthetisiert aus HMD und Decandicarbonsäure;
E. Nylon 6, synthetisiert aus Polycaprolactam;
F. Nylon 11, synthetisiert aus 11-Aminoundecansäure;
G. Nylon 12, synthetisiert aus Polylaurinlactam; und andere.
A. Nylon 6/6, synthetisiert aus Hexamethylendiamin (HMD) und Adipinsäure;
B. Nylon 6/9, synthetisiert aus HMD und Azelainsäure;
C. Nylon 6/10, synthetisiert aus HMD und Sebacinsäure;
D. Nylon 6/12, synthetisiert aus HMD und Decandicarbonsäure;
E. Nylon 6, synthetisiert aus Polycaprolactam;
F. Nylon 11, synthetisiert aus 11-Aminoundecansäure;
G. Nylon 12, synthetisiert aus Polylaurinlactam; und andere.
Nylons, die in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, haben
einen Young-Modul größer als 0.05, vorzugsweise größer als 0.1, und
noch besser größer als 0.2. Das bevorzugte Nylon ist Nylon 6/12. Die
physikalischen Eigenschaften des Nylons 6/12 sind:
Schmelzpunkt 212°C, trockene Zugfestigkeit bei 70 bar von 8.8
(7.4 bei 50% RH), trockenes Biegemodul von 295 (180 bei 50% RH).
Nylon hat einen höheren Young-Modul (0.40 bei 7 GPa) als Kautschuk
(0.01 bei 7 GPa), was die höhere Steifheit von Nylon gegenüber
einem Elastomer wie z. B. Kautschuk zeigt.
Wenn man z. B. ein Bearbeitungselement entsprechend der vorliegenden
Erfindung, welches ca. 1 Meter lang ist, horizontal an einem Ende
bei Zimmertemperatur festhält, so hängt es am anderen Ende nur
minimal durch.
Nylon ist zum Teil kristallin, so daß, da es wenige oder keine
elastischen Bereiche während der Deformation aufweist. Der Grad der
Kristallinität bestimmt die Steifheit und die Fließgrenze. Mit
zunehmender Kristallinität steigt auch die Steifheit und sinkt die
Fließgrenze. Kautschuk ist ein amorphes Polymer und seine
molekulare Ausrichtung führt zu einem niedrigen Elastizitätsmodul.
Nylon hat eine Zugfestigkeit von über 56 MPa, Kautschuk hat eine
Zugfestigkeit von 2.1 MPa. Nylon hat eine Bruchdehnung von 250%,
Kautschuk hat eine Bruchdehnung von 1200%. Nylon ist gut beständig
gegen Feuchtigkeit, Kautschuk absorbiert eine ziemliche Menge
Wasser. Nylon hat eine hervorragende Beständigkeit gegen Öle, Fette
und andere organische Lösungsmittel, Kautschuk hat dagegen nur eine
sehr schwache Beständigkeit. Nylon behält seine Eigenschaften von -
59°C bis 110°C, während Kautschuk seine Eigenschaften nur in einem
engen Bereich um die Zimmertemperatur herum behält. Die
hervorragende Stärke, Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und
Lösungsmittel und die Möglichkeit der Anwendung in einem großen
Temperaturbereich macht Nylon zum idealen Material für die
vorliegende Erfindung.
Eine andere Gruppe Polyamide, die in der vorliegenden Erfindung
Verwendung finden, sind andere kondensierte Produkte mit
regelmäßiger Anwendung von Amidgruppen entlang der polymeren Kette,
z. B. Aramid. Aramide sind Fasern, bei denen mindestens 85% der
Amide (-C(O)-N(H)-) direkt an zwei aromatische
Kohlenwasserstoffringe gebunden sind. Dies unterscheidet sie von
Nylon, welches weniger als 85% der Amide direkt mit den zwei
aromatischen Ringen verbunden hat.
Das Kunststoffmaterial kann also genauso gut aus Aramidfasern
bestehen, welche durch hohe Zugfestigkeit und hohen
Elastizitätsmodul ausgezeichnet sind. Zwei Aramide, die in der
vorliegenden Erfindung als Faser Verwendung finden können, werden
durch Polymerisation von P-Phenyldiamin mit dem Chlorsalz der
Terephthalsäure und ein weniger steifes Polymer durch Polymerisation
von M-Phenyldiamin und dem Chlorsalz der Isophthalsäure erzeugt.
Aramide sind außerordentlich widerstandsfähig gegen Lösungsmittel
und zeigen bei 250°C eine Zugfestigkeit, die von textilen Fasern nur
bei Raumtemperatur gezeigt werden.
Des weiteren können auch thermoplastische Polymere Verwendung
finden. Polyester sind ein Beispiel für langkettige synthetische
Polymere mit mindestens 85% dihydrierten alkoholischen Estern
(HOROH) und Terephthalsäure (p-HOOCC6H4COOH). Polyesterfasern
enthalten sowohl kristalline als auch nichtkristalline Regionen.
Polyester sind beständig gegen Lösungen und zeigen eine
Bruchdehnung von 19 bis 40%.
Polyimide sind Polymere, die (CONHCO) enthalten und ebenfalls in der
vorliegenden Erfindung von Nutzen sind. Hohe Temperaturbeständigkeit
(bis über 371°C) sowie hohe Zugfestigkeit von 94.5 MPa machen
Polyimide sehr gut verwendbar als Bindemittel in abrasiven Rädern.
Es wurde ebenfalls gefunden, daß mit dem rechteckigen oder flachen
Querschnitt der Faser die Beladung mit abrasivem Material in der
Kunststoffmatrix erhöht werden kann. Üblicherweise werden ungefähr
30% abrasives Mineral in den runden und gekrümmten abrasiven
Nylonfasern verwendet. Die Angabe ist in Gew.-% und bezieht sich
auf den Querschnitt der Nylonfasern.
Die rechteckige abrasive Nylonfaser mit ihrer relativ größeren
Querschnittsfläche erlaubt es, bis zu 45 Gew.-% abrasives Mineral zu
verwenden, ohne allerdings negative Effekte auf die Faserstärke zu
haben. Das bedeutet, daß die Beladung mit abrasivem Material 50%
größer ist. Dazu kommt, daß durch den rechteckigen Querschnitt die
abrasiven Partikel effektiver mit der zu behandelnden Oberfläche in
Berührung gebracht werden.
Es sollte an dieser Stelle hervorgehoben werden, daß eine Faser,
wie sie in einem rotierenden abrasiven Werkzeug benutzt wird,
wesentlich größer und auch steifer ist als eine Faser, die mit
einem Deniergerät gemessen werden kann. Solche Fasern sind meist
schlaff oder sehr flexibel.
Die Fasern (35) enthalten also 30 Gew.-% und vorzugsweise mehr als
45 Gew.-% homogen eingelagertes, abrasives Mineral.
In Fig. 1 zeigt das Bündel (34) senkrecht zur Längsachse des
Schaftes (32) nach außen. Das Werkzeug hat ungefähr die Form eines
T, wobei das Bündel (34) den oberen Balken des T und der gedrehte
Griff (42) den unteren Balken des T formt. Die Zwischenbereiche
(50) des Bündels (34) liegen im wesentlichen in einer Ebene, die
durch die Längsachse (43) des Schaftes (32) geht. In der
Ausführungsform der Fig. 1 liegen die Endbereiche (46) ebenfalls in
derselben Ebene.
In Fig. 3 ist ein Werkzeug (60) gezeigt, welches eine andere
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. Das Werkzeug
(60) enthält einen Schaft (32) und einen gedrehten Griff (42). Der
Schaft (32) ist so ausgelegt, daß er entgegen dem Uhrzeigersinn
rotieren kann, wie in Fig. 1 gezeigt. An dem Schaft (32) ist ein
Bündel (62) befestigt, welches aus mit abrasivem Material beladenen
Kunststoffasern (64) besteht und welche ungefähr drei bis vier
Lagen dick ist. Die Fasern (64) haben vorzugsweise einen
rechteckigen Querschnitt.
Das Bündel (62) hat einen Mittelbereich (66), Endbereiche (70) und
einen Zwischenbereich (72). Die Zwischenbereiche (72) zeigen radial
nach außen an beiden Seiten des Schaftes (32), und zwar senkrecht
zur Längsachse (43) des Schaftes (32). Die Endbereiche (70) sind
von den Zwischenbereichen (72) weggebogen, so daß sie eine
vorbestimmte Kurve (74) auf jeder Seite des Schaftes (32) formen.
Die Endbereiche (70) sind vorzugsweise so gebogen, daß sie von der
beabsichtigten Drehrichtung des Werkzeuges wegweisen. In der
gezeigten Ausführungsform würde diese Drehrichtung im Uhrzeigersinn
sein. Die Kurven (74) sind auf den gegenüberliegenden Seiten des
Bündels (62) auf beiden Seiten des Schaftes (32), so daß sie im
wesentlichen ein etwas gedehntes S formen.
Fig. 4 zeigt ein Werkzeug (60), welches in einen Zylinder (76) mit
einer inneren Wandung (80) eingesetzt ist. Wenn das Werkzeug (60)
eingesetzt ist, wird die Krümmung der Endbereiche (70) noch
stärker. Wenn das Werkzeug (60) im Uhrzeigersinn rotiert, liegen
die oberen Lagen (82) der Fasern über den benachbarten Lagen (84).
Die Fasern in der unteren Lage (84) bewirken dabei, daß die oberen
Lagen (82) federnd gegen die zu bearbeitende Oberfläche, d. h. hier
die innere Oberfläche (80) des Zylinders (76), gedrückt werden. Die
rechteckigen Fasern (64) sind so ausgerichtet, daß ihre Breite
parallel zur Längsachse (43) des Schaftes (32) liegt. Durch diese
Ausrichtung wird sichergestellt, daß die Breitseite der
rechteckigen Faser die Schleifarbeit übernimmt.
In Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Werkzeug (90) entsprechend der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Werkzeug (90) ist ähnlich
dem Werkzeug (60). An dem Schaft (32) ist ein Bündel (92)
befestigt, welches aus zwei Lagen Fasern (94) besteht.
In den Fign. 7 und 8 ist ein Werkzeug (100) entsprechend der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Werkzeug (100) ist so
ausgelegt, daß es im Uhrzeigersinn rotieren kann. Es besteht aus
einem Bündel (102) mit ungefähr zwei Lagen Fasern (104). Das Bündel
(102) hat einen Mittelbereich (106), Zwischenbereiche (110) und
Endbereiche (112). Die Zwischenbereiche (110) zeigen radial nach
außen an beiden Seiten des Schaftes (32), und zwar senkrecht zur
Längsachse (43) des Schaftes (32). Die Endbereiche (112) krümmen
sich von den Zwischenbereichen (110) zu beiden Seiten des Schaftes
(32) in einem vorbestimmten Winkel (114). Solch ein Winkel läßt
sich, im Gegensatz zu einer Krümmung, einfacher erzielen und ist
für manche Anwendungsbereiche besser geeignet. Gemessen zwischen
der Oberfläche des Zwischenbereiches (110) und der konkaven Seite
der Krümmung sollte der Winkel ungefähr zwischen 100° und 170°,
vorzugsweise ungefähr 135° betragen. Die Krümmung ist entgegen der
beabsichtigten Drehrichtung des Werkzeuges (100). Wenn man von oben
auf die zwei Seiten des Bündels (102) schaut, so formen sie im
wesentlichen ein Zickzackmuster wie in Abb. 8 gezeigt.
In den Fign. 9 und 10 ist ein Werkzeug (120) gezeigt, welches im
Uhrzeigersinn rotiert. Das Werzkzeug (120) hat ein Bündel (122),
welches aus zwei Lagen Fasern (124) besteht. Das Bündel (122) ist an
dem Schaft (126) befestigt, der Schaft (126) hat eine Längsachse
(127). Der Schaft (126) ist ein Draht, welcher zwei Stegbereiche
(130) und einen Befestigungsbereich (132) aufweist. Der
Befestigungsbereich (132) umschließt das Bündel (122), und die
Stegbereiche (130) werden um das Bündel (122) gebogen und formen
dann einen gedrehten Griff (134). In dem Werkzeug (120) ist der
Befestigungsbereich (132) ebenfalls verdreht, und zwar gegen den
Uhrzeigersinn, wodurch die Fasern (124) radial nach außen in einer
spiralförmigen Art und Weise entlang der Längsachse (127) des
Schaftes (126) zeigen. Die Fasern (124) sind so angeordnet, daß
zwischen ihnen immer ein kleiner Zwischenraum verbleibt. Der
Befestigungsbereich (132) des Werkzeuges (120) ist nicht um 360°
verdreht, so daß die Fasern (124) von oben gesehen eine Art Fliege
bilden (s. Fig. 10).
In den Fign. 11 bis 13 wird ein weiteres Werkzeug (140)
entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Werkzeug (140)
ist ähnlich dem Werkzeug (120) in Fig. 9 und 10 und ist für eine
Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn ausgelegt. Das Werkzeug (140)
hat ein Bündel (142), welches aus ungefähr drei Lagen Fasern (144)
besteht. Die Fasern (144) sind, verglichen mit den Fasern (124) des
Werkzeuges (120) in Fig. 9 und 10, relativ schmal im Querschnitt.
Das Werkzeug (140) hat einen Schaft (146) mit zwei Stegbereichen
(150) und einem Befestigungsbereich (152). Die beiden Stegbereiche
(150) sind verdreht und formen einen gedrehten Griff (154). Der
Befestigungsbereich (152) wird eineinhalbmal gedreht, so daß er eine
gewendelte Form bekommt. Wenn man auf das Werkzeug (140) schaut,
wie in Fig. 12 gezeigt, bilden die projizierten Fasern (144) einen
Kreis.
In Fig. 13 ist ein Teilbereich des Werkzeuges (140) gezeigt,
welches in einen Zylinder (156) mit einer inneren Oberfläche (160)
eingeführt ist. Das Bündel (142) hat Endbereiche (162) und
Zwischenbereiche (164), welche radial nach außen von dem Schaft
(146) wegzeigen. Wenn dieses Werkzeug in den Zylinder (156)
eingeführt wird, werden die Endbereiche (162) in der
Rotationsrichtung des Werkzeuges gebogen, so daß die Seite der
Fasern (144) deren Arbeitsfläche bildet.
Fig. 14 bis 20 zeigen die Schritte, welche nötig sind, um ein
Werkzeug herzustellen, welches ein Bündel mit Endbereichen aufweist,
die von den Zwischenbereichen des Bündels weggekrümmt sind, ähnlich
dem Werkzeug (60) in Fig. 3. Um die Erläuterung zu vereinfachen,
wird die Methode beschrieben, das Werkzeug (60) der Fig. 3
herzustellen. Für einen Fachmann wird es leicht sein, diese Methode
auf die Herstellung vieler anderer Formen von Werkzeugen zu
übertragen, z. B. auf das Werkzeug (90) in Fig. 5.
Um das rotierende Schleifwerkzeug (60) herzustellen, wird eine
Anzahl gerader Fasern (64) zu einem relativ dünnen flachen Bündel
(62) zusammengefaßt. Das Bündel (62) wird in dem Befestigungsbereich
(40) des Schaftes (34) eingeschlossen, woraufhin die Stegbereiche
(36) um das Bündel gedreht werden, so daß sie einen gedrehten Griff
(42) formen.
Fig. 14 zeigt eine Explosionszeichnung der Vorrichtung (170), mit
deren Hilfe das Werkzeug (60) hergestellt wird. Die Vorrichtung
(170) hat eine Mittelbohrung (172), welche den gedrehten Griff (42)
aufnimmt. Die Vorrichtung (170) hat ebenfalls zwei diametral
gegenüberliegende Zapfen (174), welche an den gegenüberliegenden
Seiten der Mittelbohrung (172) angeordnet sind. Das Werkzeug (60)
wird in die Vorrichtung (170), wie in Fig. 15 gezeigt, eingesetzt,
so daß das Bündel (62) an den Zapfen (174) anliegt, aber über sie
hinausreicht. Ein Deckel (176) wird dann auf die Vorrichtung (170)
und über das Bündel (62) gestülpt. Der Deckel (176) hat zwei
größere Zapfen (180), welche senkrecht nach unten von dem Deckel
verlaufen. Diese Zapfen (180) passen auf die gegenüberliegenden
Seiten des Bündels (42). Etwas schmalere zylindrische Stifte (181)
sind oben an dem Deckel (176) angebracht, und zwar in derselben
Achse wie die Zapfen (180). Der Deckel (170) hat ebenfalls zwei
bananenförmige Schlitze (182), welche die Zapfen (174) aufnehmen,
wenn der Deckel auf die Vorrichtung (170) gestülpt wird. Diese
Schlitze (182) überstreichen einen Winkel 90°. Wenn der Deckel (176)
in seiner Position ist, können die Zapfen (174) sich nur innerhalb
dieses Bereiches von 90° bewegen. Die Maße dieser Schlitze (182)
können entsprechend der Form der gewünschten Krümmung variiert
werden. Am Anfang sind die Zapfen (174) am Ende der Schlitze (182)
angeordnet, wie in Fig. 15 gezeigt, so daß die Zapfen (180) und die
Zapfen (174) in gegenüberliegenden senkrechten Ebenen angeordnet
sind.
Ein Drehwerkzeug (183) dreht den Deckel (176) dann relativ zur
Vorrichtung (170). Dieses Drehwerkzeug (183) hat ein I-förmiges
Profil mit einem oberen Gurt (184), einem unteren Gurt (186) und
einem Steg (190). Der untere Gurt (186) enthält zwei Löcher (192),
welche die Stifte (181) aufnehmen. Die Kraft greift am oberen Gurt
(184) an und dreht somit den Deckel (176) in die Richtung des
Pfeiles (194), wie in Fig. 15 gezeigt.
Der Deckel (176) und die Stifte (180) werden ungefähr 90° gedreht,
so daß die Stifte (174) innerhalb des Schlitzes (182) bis an das
andere Ende desselben gleiten. In dieser Art und Weise werden nun
die Stifte (180) und die Stifte (174) in derselben senkrechten
Ebene ausgerichtet (s. Fig. 16 und 18) . Dadurch werden die
Endbereiche (70) des Bündels (62) gezwungen, die gekrümmte Form der
Stifte (180) anzunehmen. Weil diese Stifte (180) auf
gegenüberliegenden Seiten des Bündels (62) angeordent sind,
entsteht ein S-förmiges Bündel, wie in Fig. 17 gezeigt. Der Deckel
(176) wird dann arretiert. Das Bündel (62) wird erhitzt und dann
abgeschreckt. Der Deckel (176) wird gelöst und zurückgedreht, so
daß, wie in Fig. 19 gezeigt, die Stifte (174) wieder in ihre
ursprüngliche Position innerhalb der Schlitze (182) zurückkehren.
Das Werkzeug (60) wird herausgenommen. Das Bündel weist jetzt seine
S-förmige Form auf.
Es ist ein drehbares Werkzeug zur spanenden bzw. spanabhebenden
Bearbeitung offenbart, das benutzt werden kann, um das Innere von
Zylindern wirksam zu säubern. Das Werkzeug weist Monofile bzw.
strangförmige Bearbeitungselemente, die vorstehend auch Fasern
genannt werden, auf, deren Seiten statt deren Spitzen gegen die zu
honende bzw. fertigzubearbeitende Fläche gelegt werden, wodurch eine
höhere Arbeitsleistung pro Zeiteinheit erzielt wird.
Claims (30)
1. Spanabhebendes Werkzeug (30), mit einem eine Längsachse
aufweisenden Schaft (32) und mit einem relativ dünnen flachen
Bündel (30) aus extrudierten Kunststoff-Monofilen (35), welches
einen Mittelbereich (44), zwei Endbereiche (46) und zwei
Zwischenbereiche (50) zwischen dem Mittelbereich und den
Endbereichen aufweist, wobei der Mittelbereich des Bündels an dem
Schaft befestigt ist und die Zwischenbereiche auf beiden Seiten
des Schaftes radial nach außen in eine Richtung im wesentlichen
senkrecht zur Längsachse zeigen und wobei jedes Monofil des
Bündels einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist
und abrasives Material gleichmäßig eingebettet enthält.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schaft (32) aus Draht mit zwei Stielbereichen (36) und einem
Befestigungsbereich (44) zwischen den Stielbereichen besteht,
wobei der Befestigungsbereich (44) das Bündel (34) umschließt
und die Stegbereiche (36) außerhalb des Bündels miteinander
verdreht sind und so einen zusammengedrehten Stiel (42) bilden.
3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
rechteckige Querschnitt der einzelnen Monofile (35) eine
Ausdehnung in der Breite hat, die mindestens zweimal so groß ist
wie die Ausdehnung in der Dicke, so daß jedes Monofil mindestens
doppelt so breit wie dick ist.
4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
breiten Seiten der Monofile (35) im wesentlichen parallel zur
Längsachse des Schaftes (32) liegen.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Monofile (35) mindestens 30 Gew.-% abrasives Material enthalten.
6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Monofile (35) ungefähr 45 Gew.-% abrasives Material enthalten.
7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zwischenbereiche (50) des Bündels (34)
im wesentlichen in einer Ebene liegen, die durch die Längsachse
des Schaftes (32) geht und daß die Endbereiche (46) des Bündels
im wesentlichen in derselben Ebene liegen.
8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endbereiche (46) des Bündels (34) von
den Zwischenbereichen (50) weggebogen sind und so eine
vorbestimmte Biegung auf jeder Seite des Schaftes (32) bilden.
9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Endbereiche (46) des Bündels (34) von der beabsichtigten
Drehrichtung des Werkzeuges (30) weggebogen sind.
10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Biegung auf jeder Seite des Schaftes (32) eine Kurve beschreibt,
so daß sich in Stirnansicht etwa die Form eines S ergibt.
11. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Biegung in einem stumpfen Winkel zur konvexen Oberfläche des
Zwischenbereiches (50) des Bündels (34) verläuft.
12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
stumpfe Winkel zwischen 100 und 170° beträgt.
13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel ungefähr 135° beträgt.
14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Monofile (35) leicht radial und axial
gegeneinander versetzt derart positioniert sind, daß sich eine
gewendelte Form des Bündels (34) ergibt.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Befestigungsbereich (44) des Drahtes
(36) in sich derart verdreht ist, daß die Monofile (35) des
Bündels (34) nach einem gewendelten Muster entlang der
Längsachse des Schaftes (32) radial nach außen ragen.
16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bündel (34) wenigstens zwei Lagen der
Monofile (35) enthält.
17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß zur abschließenden Oberflächenbehandlung
innerer zylindrischer metallischer Oberflächen die Monofile (35)
über jede Seite des Schaftes (32) um eine Strecke vorstehen, die
größer als der Krümmungsradius der zylindrischen Oberfläche ist,
und daß die Monofile (35) zwar steif, aber zugleich biegsam sind
und sich flach gegen die zylindrische Oberfläche anlegen lassen.
18. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge der etwa radial von dem Schaft
(32) abstehenden Monofile (35) mindestens zehnmal so groß wie
deren Breite und deren Breite nicht mehr als viermal so groß wie
deren Dicke ist.
19. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Nylon bestehen.
20. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die aus Kunststoff mit darin homogen
verteilt eingebettetem abrasiven Material bestehenden Monofile
(35) einen Young-Modul von größer als 0,1 bei 7 GPa aufweisen.
21. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Monofile (35) einen Young-Modul von größer als 0,4 bei 7 GPa
aufweisen.
22. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Kunststoff, der durch
Polymerisation von P-Phenyldiamin und dem Chlorsalz der
Terephthalsäure hergestellt wurde, bestehen.
23. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Kunststoff, der durch
Polymerisation von M-Phenyldiamin und dem Chlorsalz der
Isophthalsäure hergestellt wurde, bestehen.
24. Verfahren zum Herstellen rotierender spanabhebender Werkzeuge
mit den Merkmalen einer der Ansprüche 1 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß man eine Anzahl Monofile zu einem relativ
dünnen flachen Bündel bindet, das Bündel an einem Schaft
befestigt, das so gebildete Werkzeug in eine Vorrichtung, welche
einen Deckel und zwei Vorsprünge aufweist, eingesteckt, die
Vorsprünge relativ zum Bündel ausrichtet, so daß das Bündel die
Form der Vorsprünge annimmt, und dann das Werkzeug härtet, damit
das Bündel die Form der Vorsprünge beibehält.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der
Draht, aus dem der Schaft besteht, mit seinem mittleren Bereich
um das Bündel gelegt wird und daß die beiden Enden des Drahtes
außerhalb des Bündels zu einem Stiel miteinander verdreht
werden.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung in der Mitte eine Bohrung zur Aufnahme des
Stieles und zwei diametral gegenüberliegende Zapfen auf
gegenüberliegenden Seiten der Bohrung aufweist und daß das
Bündel der Monofile an die Zapfen über diese hinausragend
angelegt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorsprünge mit dem Deckel verbunden sind
und nach dem Einstecken des Bündels der Deckel derart auf die
Vorrichtung aufgesetzt wird, daß die Vorsprünge auf
gegenüberliegenden Seiten des Bündels liegen.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Ausrichten der Monofile des Bündels der Deckel relativ zum
Bündel in der Ebene der Vorsprünge verdreht wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Härten der Monofile des Bündels zunächst
der Deckel in seiner Endstellung verriegelt, danach das Bündel
aufgeheizt, anschließend abgeschreckt und schließlich der Deckel
entriegelt und entfernt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorsprünge zylindrische Zapfen sind und
das Bündel von ihnen in eine S-Form verformt wird.
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