DE4029600B4

DE4029600B4 - Spanabhebendes Endbearbeitungswerkzeug und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE4029600B4
Application number: DE4029600A
Authority: DE
Inventors: Alfred F. Orange Scheider; Brown R. Westlake Warner
Original assignee: Jason Inc
Current assignee: Jason Inc
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: GB2236969A; GB9303568D0; GB2236969B; DE4029600A1; JPH03228581A; GB2264250B; US5329730A; GB9018168D0; GB2264250A; JP3014005B2

Abstract

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, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Monofil des Bündels einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und abrasives Material gleichmäßig eingebettet enthält, wobei 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.

Description

Die Erfindung betrifft 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 sowie eine Verwendungsweise.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 2913086 A1 ist ein Schleif- oder Polierwerkzeug bekannt, welches einen Schaft und am Schaftende befestigte Langglieder umfasst. Bei den Langgliedern handelt es sich um längliche, zylinderförmige Elemente, die aus Kunststoff mit eingebetteten harten Partikeln wie Diamant oder SiC bestehen können.

Aus der Druckschrift US 2771720 geht ein Werkzeug mit einem Schaft und seitlich am Schaft angebrachten Schleifblättern hervor.

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, besonders effektive Schleiffasern oder Monofile und solche anderer Form enthalten.

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 Schleif fasern 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 o 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
1 ein drehbares Schleifwerkzeug einer ersten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung in perspektivischer Darstellung;
1A einen vergrößerten Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B einen ähnlichen Querschnitt einer anderen Form von Fasern oder Filamenten bzw. Monofilen;
2 das Werkzeug aus 1 in Draufsicht;
3 eine andere Ausführungsform eines drehbaren Schleifwerkzeuges der vorliegenen Erfindung in perspektivischer Darstellung;
4 das in einen Zylinder eingeführte Werkzeug aus 3 in Draufsicht, woraus die Form zu erkennen ist, die das Werkzeug bei einer derartigen Anwendung annimmt;
5 eine perspektivische Ansicht eines drehbaren Schleifwerkzeuges ähnlich dem aus 3, aber mit einem dünneren Bündel;
6 eine Draufsicht des Werkzeuges aus 5;
7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Werkzeuges;
8 eine Draufsicht des Werkzeuges aus 7;
9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines drehbaren Werkzeuges der vorliegenden. Erfindung;
10 eine Draufsicht des Werkzeuges aus 9;
11 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Werkzeuges der vorliegenden Erfindung;
12 eine Draufsicht des Werkzeuges aus 11;
13 eine Teildraufsicht des Werkzeuges aus 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;
14 eine Explosionsdarstellung einer Befestigungsvorrichtung zum Herstellen von erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugen;
15 eine Draufsicht der Vorrichtung aus 14 in Draufsicht, nachdem das Werkzeug in sie eingeführt worden ist;
16 eine Vorderansicht der Vorrichtung mit eingesetztem Werkzeug sowie mit angesetztem Drehwerkzeug, welches gegen den Uhrzeigersinn gedreht worden ist;
17 eine Draufsicht der Vorrichtung, nachdem das Drehwerkzeug gedreht und entfernt worden ist;
18 eine Vorderansicht der Vorrichtung, nachdem das Drehwerkzeug gedreht und entfernt worden ist;
19 eine Draufsicht der Vorrichtung und des geformten Werkzeuges, nachdem der Deckel in seine ursprüngliche Position aus 1 zurückgedreht worden ist; und
20 in Explosionsdarstellung die Vorrichtung aus 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 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 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. 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). 14 zeigt eine Faser mit einem nahezu perfekten rechteckigen Querschnitt, während die Ecken der Faser in 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.

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. per 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-NOOCC₆H₄COOH). Polyesterfasern enthalten sowohl kristalline als auch nichtkristalline Regionen. Polyester sind beständig gegen Lösungen und zeigen eine Bruchdehnung von 19 bis 401.
Polyimide sind Polymere, die (CONHGO) 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 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 1 liegen die Endbereiche (46) ebenfalls in derselben Ebene.
In 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 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,
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 (6D) 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 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 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 8 gezeigt.
In den 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. 10).
In den 11 bis 13 wird ein weiteres Werkzeug (140) entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Werkzeug (140) ist ähnlich dem Werkzeug (120) in 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 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 12 gezeigt, bilden die projizierten Fasern (144) einen Kreis.
In 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.
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 3. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird die Methode beschrieben, das Werkzeug (60) der 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 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.
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 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 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 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. 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 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 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

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, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Monofil des Bündels einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und abrasives Material gleichmäßig eingebettet enthält, wobei 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.
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.
Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die breiten Seiten der Monofile (35) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schaftes (32) liegen.
Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) mindestens 30 Gew.-% abrasives Material enthalten.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) ungefähr 45 Gew.-% abrasives Material enthalten.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche (46) des Bündels (34) von der beabsichtigten Drehrichtung des Werkzeuges (30) weggebogen sind.
Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, 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.
Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegung in einem stumpfen Winkel zur konvexen Oberfläche des Zwischenbereiches (50) des Bündels (34) verläuft,
Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Winkel zwischen 100 und 170° beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ungefähr 135° beträgt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) leicht radial und axial gegeneinander versetzt derart positioniert sind, daß sich eine gewendelte Form des Bündels (34) ergibt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 3, 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,
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (34) wenigstens zwei Lagen der Monofile (35) enthält.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 5, 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.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 6, 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.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Nylon bestehen.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1 8, 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.
Werkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) einen Young-Modul von größer als 0,4 bei 7 GPa auf weisen.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Kunststoff, der durch Polymerisation von P-Phenyldiamin und dem Chlorsalz der Terephthalsäure hergestellt wurde, bestehen.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofile (35) aus Kunststoff, der durch Polymerisation von M-Phenyldiamin und dem Chlorsalz der Isophthalsäure hergestellt wurde, bestehen.
Verfahren zum Herstellen rotierender spanabhebender Werkzeuge mit den Merkmalen einer der Ansprüche 1 bis 22, 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.
Verfahren nach Anspruch 23, 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.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, 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.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten der Monofile des Bündels der Deckel relativ zum Bündel in der Ebene der Vorsprünge verdreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge zylindrische Zapfen sind und das Bündel von ihnen in eine S-Form verformt wird.