TWI429408B - 刷具 - Google Patents

Description

刷具

本發明係關於一種刷具，其具有一可旋轉驅動之固刷器及一圓形刷，其中圓形刷具有一具有向外伸出之刷毛的刷毛輪緣。

DE 43 26 793 C1中提及了一種如此之刷具。先前技術之刷具已經證實頗令人滿意。

DE 10 2004 021 188 A1揭示了一種刷具，其中利用一研磨元件進行工作以重新研磨刷毛梢，以使得待加工之材料表面上始終保持所需之峰谷高度。JP 2001334453 A中揭示了一種可比較之提議。

US 4 619 708、US 2 751 616中揭示了一種外圓周上配有刷毛之柱狀清潔刷。亦可使用一種止動器。然而，此處特地省略了與一圓形刷分開之可旋轉驅動固刷器，其具有一具有向外伸出刷毛之刷毛輪緣。

先前技術之刷具已在原理上獲得了證明，但當需要50 μm、60 μm或甚至超過70 μm之峰谷深度時易受到限制。對於此等峰谷深度，迄今為止僅知曉藉由噴沙法加以實現。事實上，需要此等峰谷深度以便在(例如)塗佈製程之前準備好所述材料表面，使得隨後可保證塗層之牢固黏附。然而，所述噴沙法遭遇著愈來愈多的環境因素的限制。由於藉此起始之對工件表面進行之塗覆以及所需之沙常常代表了特殊的廢料，從而需要較高的處理費用。此外，噴沙法需要昂貴的機械儲備及對無需加工之產品表面提供額外保護措施。此既耗時間又費金錢。

本發明係關於如何在已述設計中進一步開發出一種刷具的技術性問題，利用所開發之刷具可使得在材料表面上達成相當的峰谷高度，該等深度先前不可能藉由噴沙加工而達成。

為解決此技術性問題，根據本發明，其提出在一通用刷具中提供一穿過旋轉刷毛輪緣之止動構件，該止動構件制動該等刷毛一段時間，以使得當該等刷毛被釋放後，藉此(亦即藉由該止動構件之制動)而儲存之動能用於該等刷毛對材料之表面的額外衝擊加工。

根據本發明，止動構件穿過旋轉刷環從而確保刷毛被暫時制動，亦即制動一特定時段。此可實現係由於，止動構件可經調整且可穿過刷環(若需要)，接著離開刷環且刷毛不再被載入。

只要止動構件穿過刷毛輪緣且暫時制動了刷，則在此過程中通常有動能儲存於刷中及/或圓形刷中。此可能係由於相對於旋轉刷毛或整個圓形刷而言，止動構件係固定設計(但需要時仍可徑向及/或軸向調整)。撞擊到止動構件之刷毛因此變形或改變其相對圓形刷之角位置，從而通常以此方式亦即以(彈性)變形能之形式來儲存(動)能。

一旦由於可旋轉驅動之固刷器使刷毛相對固定止動構件進一步移動而使刷毛離開止動構件，刷毛便自止動構件釋放，且此時當所述材料表面進行額外衝擊加工時能夠短暫地放出先前通常儲存於刷毛及/或圓形刷中之動能。

換言之，根據本發明，通常與刷毛輪緣相切之材料表面並不僅被刷毛研磨，而且亦由於刷毛頓擊性撞擊材料表面而受研磨。原則上，此係由於刷毛相對一旋轉中心或一旋轉軸而大體自其徑向路線偏離。事實上，當止動構件經過時，刷毛將不呈現(不再呈現)幾乎垂直於圓形刷表面之位置，而是經止動構件擠壓形成相對於圓形刷表面成銳角之路線。當止動構件經過之後，刷毛以彈性可撓性迅速返回至其幾乎垂直於圓形刷表面之位置。

顯然，自最初時起，刷毛亦可呈現相對圓形刷表面偏離所述垂直路線之銳角位置。接著止動構件確保當止動構件經過時，刷毛經擠壓至一偏離該銳角位置之不同角度位置。在大多情況下角度將減小，當然儘管原則上而言，由於止動構件之超過而導致的角度加大亦為可能的且亦涵蓋於本發明中。在任一情況下，止動構件都將確保刷毛在其相對圓形刷表面之角度對齊方面經歷一些變化，以使得當止動構件經過後，該等刷毛能夠以彈性可撓性迅速返回至其初始位置，且在此過程中完成對材料表面之所需加工。

在刷毛之此快速返回過程中，尤其係與其相對路線中圓形刷表面之銳角對齊過程中，刷毛之相關刷毛梢將繪出一個與材料表面相切但未接觸之一段大致圓弧。實情為，此圓弧形成一銳角，即刷毛之衝擊加工之原因。由於刷毛梢與材料表面不相切但對材料表面有銳角撞擊，從而達成所謂的錘打加工。當然，此亦取決於刷毛梢是否有角度(可選)及其(根據需要)加強或減弱(若適用)錘打效應之方式。

因此刷毛梢之入射角度可有所變化且確保當相關刷毛撞擊到材料表面時其能可靠地跳回。此係必需的，因為最終僅執行材料表面之錘打加工，後面不再進行研磨。因為此將再次減小所達成之峰谷深度(若需要)。為了最優化此效應，必須調整刷具之速度及/或入射角度。顯然，待加工材料表面之硬度在此亦起到不可忽視的作用。

因此，本發明提供先前僅能藉由噴沙法達成之材料表面峰谷深度。事實上，建立起超過50 μm、尤其超過60 μm且較佳甚至超過70或75 μm直至超過100 μm之峰谷深度。該等峰谷深度即所謂的峰谷值(公式符號R_a 作為參考段內構形偏差之絕對值之算術平均值)；(對照DIN 4764及DIN ISO 1302)。

上述關於峰谷深度之資料係關於非合金鋼作為材料之表面，且本文特定指ST 37之類型。

止動構件可有利地以預定角位置穿過刷毛輪緣。就此而言，已證實止動構件與一垂直立於材料表面上之法線形成一介於10°至70°、尤其20°至60°、且較佳25°至45°的角度頗令人滿意。此外，止動構件可形成一旋轉刷工具之機械外殼之部分及/或其保護罩，及/或可與其連接。

然而，止動構件通常為一獨立於該實際旋轉刷工具的單元，大多數情況下為一圓柱形螺釘。此處，止動構件較佳徑向穿過刷毛輪緣一定距離，以使得止動構件之一外表面與刷毛輪緣之一外表面大致重疊。此使得保護罩能夠保持其與刷毛輪緣外表面之現有預定距離，且尤其一旦止動構件開始工作就無需調整了。換言之，根據本發明之刷具非常適合於翻新一(例如)現有旋轉刷工具，在其中額外提供該止動構件。

當止動構件連接至接收該刷具之旋轉刷工具的一機械外殼時，此被證實頗令人滿意。此可藉由一旋臂或其他方式來達成。

通常，圓形刷具有一刷條，其中刷毛連接至該刷條且向外伸出。此刷條確保當止動構件經過時，刷毛能夠自其幾乎垂直於圓形刷表面或刷條表面之位置轉為相對該表面成銳角之路線而不出意外，且在此情況下動能得以大體且彈性地儲存於刷條中。

固刷器具有一可保持兩個端盤分開之間隔襯套。該間隔襯套用以接收刷條。然而，其亦可能在無間隔襯套的情況下進行工作。環形刷條於是亦執行間隔襯套之功能。最終，刷毛上在旋轉方向上具有向前斜之刷毛梢被證實頗令人滿意。此將進一步增強所述刷毛或刷毛梢之衝擊效應，因為其幾乎垂直地撞擊材料表面並產生前已詳述之錘打效應。

本發明之目標亦為一種如請求項9所述之旋轉刷工具，以及一種如請求項10之加工材料表面之方法。最終，本發明係關於一種特殊圓形刷。

總之，提出了一種刷具、一種旋轉刷工具及一種加工材料表面之方法，藉由其可在此材料表面上獲得先前僅能由噴沙法達成之峰谷深度。原則上，根據本發明，此係藉由穿過旋轉刷毛輪緣之至少一個止動構件而達成。以此方式，刷毛被制動一段時間，且旋轉刷及/或整個圓形刷被所儲存之動能彈性地變形。因此刷子不僅能夠旋轉地、亦能衝擊式地加工材料表面，後者歸因於止動構件經過後所釋放之儲存動能(一段短暫時間)。

另一優勢在於，由於特殊加工方法，刷之刷毛梢無需再研磨，而是在圓形刷之整個使用壽命期間都能遵從一大體恆定之峰谷深度。此適用於可根據本發明使用的多種不同的刷。然而，若要增大峰谷，則建議再研磨每一刷。因為已顯示，由於此再研磨，峰谷深度可再次增加至少20%甚至更多。為執行此再研磨，本發明有利地藉由一研磨石或一相當之研磨元件來進行操作。

此處，可設計刷以使得該刷具以不同之旋轉方向操作，以便一方面加工一方面研磨。在一個旋轉方向上，止動構件可插入刷環中，然而在研磨元件之另一旋轉方向上，可替代地或額外地對刷梢進行加工。就此而言，亦可設想將研磨元件之定位及持續移動與另一旋轉方向(用於研磨)之開及關相結合。

至於刷，本發明可使用(例如)各自插入刷條並錨定於其中之U形刷。然而，製造刷時使用其他材料代替(例如塑膠)亦屬於本發明之範疇。此外，當然亦可考慮材料組合。

因此，可設想(例如)用刷毛末端裝備有金屬球或相當撞擊工具(包括石製工具)的塑膠刷進行工作。就此而言，諸如聚乙烯、聚四氟乙烯、尤其亦有聚丙烯之塑膠已經證實頗為理想。

由於刷之鐘擺移動，可以說，由於止動構件，刷之相關傾斜位置及其快速返回、刷條中之相關凹陷被擴大，從而進一步增強所述刷毛梢對材料表面之衝擊效應。例如，此處可設想止動構件設計為中空，且排出空氣及冷卻空氣作為冷卻劑被用於相關旋轉刷工具或為其所使用。此外，藉由有利地安裝一毛皮動物元件以便冷卻止動構件，當然亦可利用熱電效應。

本發明建議使用任何適當之驅動馬達作為驅動機(例如氣動操作之驅動機)，亦可使用電動馬達、內燃機等。此外，已顯示與沒有止動構件之峰谷深度相比，可達成之峰谷深度將增大遠高於30%以上。當然，甚至可設想高達50%及更高的值。若刷毛梢亦被研磨(以固定時間間隔)，則將遵從相當的峰谷深度的增長率。因此一刷具或旋轉刷工具大體可用，其能夠使材料表面變粗糙，如先前僅能用噴沙法所獲得。亦已顯示，每單位面積之刷數相對已知圓形刷而言可減少。此亦可減少止動構件之摩擦，而完全不會改變先前所述之峰谷深度之增長率。此確保止動構件不會過度加載驅動，且止動構件上不會出現因摩擦增大而造成過熱的加熱問題。事實上，就此而言，已證明每個佔據面積上每cm² 最多有16根刷毛頗為適當。此外，執行有利作業時，沿圓形刷之圓周上個別佔據面積之間共有4個中斷。顯然，更多中斷亦為可能的且涵蓋於本發明中。原則上，總是設想僅三個或兩個中斷甚至完全沒有中斷。於此可見本質優勢。

圖1展示了一裝備有一機械外殼1及一驅動單元2之旋轉刷工具，該旋轉刷工具僅表示為刷具3且容納於其中。刷具3具有一圓形刷4、5，在例示性實施例中且在非限制的前提下，其由刷條4及連接至刷條4且自刷條4向外伸出之刷毛5組成。

可見，刷毛5相對於一旋轉中心或旋轉軸6徑向延伸，且大體垂直立於圓形刷4、5之表面或刷條4之表面上。刷毛5為U形鋼製刷毛，其插入刷條4中之接收孔7(僅展示於圖4中)中並穿過接收孔7。刷毛5形成一具有中斷9之刷毛輪緣8。圓形刷4、5由一藉由驅動單元2驅動之固刷器10、11所支撐。固刷器10、11實際上包括兩個端盤10，其藉由一分開之間隔襯套11而保持彼此間隔。上文亦可免除間隔襯套11。圓形刷4、5之刷條因此將執行間隔襯套11之功能。

圖4中可見，兩個端盤10皆可裝備有軸向腹板12，端盤10藉由該等軸向腹板12而在中斷9之區域中與圓形刷4、5或刷條4重疊。兩個端盤10藉由其間之間隔襯套11或藉由刷條4(包括與其連接之刷毛5)而彼此夾緊，以確保圓形刷4、5安全固持於該旋轉刷工具之驅動單元2之驅動銷13上。在該例示性實例之範疇內且在非限制的前提下，提供圍繞刷條4之圓周均勻分佈之3個中斷9。然而，亦可提供4個中斷9，該等中斷因此被相應軸向腹板12所覆蓋。亦在非限制的前提下，刷毛5之密度在個別中斷9之間的每一佔據表面上最大為16根刷毛/cm² 。此處亦可能為14根刷毛/cm² 。

一穿過旋轉刷環8之止動構件14現為本發明之本質。在非限制的前提下，止動構件14為一銷14，其例如為圓柱形，且藉由一旋臂15而連接至旋轉刷工具之機械外殼1。止動構件14或銷14經配置為平行於驅動單元2之驅動銷13或平行於旋臂15上之旋轉軸6，且藉由(例如)螺釘連接至後者。此處，止動構件14之長度經選擇以使其大致等於刷條4之寬度。因此，止動構件14相對於圓形刷4、5不會軸向伸出。

止動構件14經配置以使其相對於旋轉圓形刷4、5為固定，但可在(例如)箭頭方向上徑向調整，且因此可穿過刷毛5或刷毛輪緣8繼而自其中顯露而出。此外，止動構件14當然亦可軸向調整，但圖中未展示。此外，止動構件14視情況可具有一冷卻系統或冷卻裝置，但此亦未展示。

可見，止動構件14徑向穿過刷毛輪緣8達一定程度以使得止動構件14之外表面16與刷毛輪緣8之外表面17近似重疊。因此，可將一保護罩18(僅本圖有示)配裝至機械外殼1，且保持其距刷毛輪緣8之外表面17的距離不變，而無論止動構件14安裝與否。止動構件14與一材料表面19及垂直立於該表面上之法線N形成一角度α，在本例示性實施例中假定其值介於30°至40°之間。顯然，止動構件14亦可分別形成機械外殼1之部分及旋轉刷工具之保護罩18。

在圖2及圖3中箭頭所示之旋轉方向R上裝備刷毛5，其中刷毛梢5'向前斜，當然此並非本質所在。所述拓撲通常確保刷毛5不僅藉由研磨亦藉由撞擊來加工材料表面19。詳言之，此係如下藉由本發明達成。由於止動構件14穿過刷毛輪緣8，故刷毛5被制動一段時間，亦即只要止動構件變形或能夠使刷毛5及/或整個圓形刷4、5以彈性可撓性變形。

事實上，在本發明之範疇內且在非限制之前提下，主要是刷條4由於止動構件14而變形，因為通常垂直立於刷條4上之刷毛5經擠壓成與刷條4之表面成一銳角的位置。刷毛梢5'或整體的刷毛5在其旋轉移動中受止動構件14阻擋，但接收孔7及刷條4繼續可旋轉地移動而無變化。當止動構件14經過時將出現刷毛5之此銳角位置，尤其在將圖2與圖3比較考慮時。

一旦刷毛5達到相對刷條4表面之銳角(其對應於止動件14不再能維持刷毛梢5'時的位置)，刷毛5將快速返回。在此過程期間，刷毛梢5'繪出圓的一段圓弧20，該圓弧20分別偏離刷毛輪緣8之外表面17及相關圓弧。此偏離表示為一接觸點或接觸面21上相對於法線N之角度β，其中刷毛5或其刷毛梢5'接觸材料表面19或以研磨方式沿其滑動。事實上，沒有止動構件14時，刷毛5在接觸點21上與材料表面19大體上形成一直角，因為材料表面19通常保持與刷毛輪緣8之外表面17相切或與其對齊。

由於由刷毛5所繪成之由於超出止動構件14所導致之圓弧20偏離刷毛輪緣8之外表面17，故形成於此圓弧20與法線N之間的角度β不再為直角而是銳角。因此，刷梢5'幾乎垂直於接觸點21及相關接觸表面之區域而撞擊材料表面19，且亦有一垂直於材料表面19之速度分量，如圖2及圖3所示。因此，可以說，刷毛5或其刷毛梢5'以撞擊或錘打方式作用於接觸表面21之工作區域中之材料表面19上，接著轉移至普通研磨加工過程。

止動構件14因此確保刷毛被制動一段時間。在其被釋放後，歸因於此制動而儲存於圓形刷4、5中之動能亦在一段短得多的時間內被釋放，且用於刷毛5對材料表面19之額外衝擊加工。事實上，動能主要儲存於刷條4中，因為其自柱狀路線有所偏離，尤其在圖3中可見，此偏離標示為元件符號22。

1．．．機械外殼

2．．．驅動單元

3．．．刷具

4．．．圓形刷、刷條

5．．．圓形刷、刷毛

5'．．．刷毛梢

6．．．旋轉軸

7．．．接收孔

8．．．刷毛輪緣、刷環

9．．．中斷

10．．．固刷器、端盤

11．．．固刷器、間隔襯套

12．．．軸向腹板

13．．．驅動銷

14．．．止動構件、銷

15．．．旋臂

16．．．止動構件之外表面

17．．．刷毛輪緣之外表面

18．．．保護罩

19．．．材料表面

20．．．圓弧

21．．．接觸點/接觸面

22．．．偏離

圖1以透視圖展示了根據本發明之旋轉刷工具，包括其所驅動之刷具，圖2及圖3各自展示了操作中之刷具之一詳細視圖，及圖4展示了具有組成部件之刷具。

1．．．機械外殼

3．．．刷具

5．．．圓形刷、刷毛

5'．．．刷毛梢

8．．．刷毛輪緣

9．．．中斷

10．．．固刷器、端盤

13．．．驅動銷

14．．．止動構件、銷

15．．．旋臂

17．．．刷毛輪緣之外表面

18．．．保護罩

19．．．材料表面

Claims (7)

1. 一種刷具(3)，其具有一可旋轉驅動之固刷器(10、11)及一圓形刷(4、5)，該圓形刷(4、5)具有一具有向外伸出之刷毛的刷毛輪緣(8)，該刷具之特徵在於提供了一止動構件(14)，該止動構件(14)穿過該旋轉刷毛輪緣(8)並制動該等刷毛(5)一段時間，以使得當該等刷毛(5)被釋放後，因此而儲存之動能用於該等刷毛(5)對一材料之一表面(19)之額外衝擊加工，其中該等刷毛(5)具有在旋轉方向(R)上向前斜之梢(5')。
2. 如請求項1之刷具(3)，其中該止動構件(14)被固定地配裝且若需要被可調整地配裝，且該止動構件(14)以一相對一旋轉軸(6)成一預定角之位置而穿過該刷毛輪緣(8)。
3. 如請求項1或2之刷具(3)，其中該止動構件(14)徑向穿過該刷毛輪緣(8)一定距離以使得該止動構件(14)之一外表面(16)與該刷毛輪緣(8)之一外表面(17)大致重疊。
4. 如請求項1或2之刷具(3)，其中該止動構件(14)連接至一旋轉刷工具之用於接收該刷具(3)之一機械外殼(1)及/或一保護罩(18)，且/或連接至該刷具(3)之一組件。
5. 如請求項1或2之刷具(3)，其中該止動構件(14)與一垂直立於該材料之該表面(19)上之一法線(N)形成一介於10°至70°之間、尤其20°至60°之間、較佳25°至45°之間的角度(α)。
6. 如請求項1或2之刷具(3)，其中該圓形刷(4、5)具有一刷 條(4)，且該等刷毛連接至該刷條(4)並向外伸出。
7. 如請求項1或2之刷具(3)，其中該固刷器(10、11)具有兩個由一間隔襯套(11)分開之端盤(10)。