EP1559525B1

EP1559525B1 - Rotierbares Werkzeug

Info

Publication number: EP1559525B1
Application number: EP20050000468
Authority: EP
Inventors: Gerd Elfgen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: EP1559525A1; DE102004002382B3; DE502005000288D1

Description

Die Erfindung betrifft ein rotierbares Werkzeug für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung, mit einem scheibenförmigen Grundkörper, dessen Drehachse senkrecht zu einer durch den Grundkörper aufgespannten Ebene verläuft, und der ein zentrales Aufnahmemittel zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit der Werkzeug -Antriebsvorrichtung, aufweist, mit einer Mehrzahl von Halteelementen, die in Umfangsrichtung des Grundkörpers an diesem verteilt angeordnet sind, wobei in jedem Halteelement ein Arbeitskontaktelement aus einem sehr harten Material gehaltert ist und die Halteelemente mit den Arbeitskontaktelementen in eine Richtung parallel zu der Drehachse des Grundkörpers elastisch auslenkbar sind.
Derartige Werkzeug sind insbesondere geeignet für gröbere Schleif- oder Abtragungsarbeiten, zum Beispiel für das Schleifen von Betonflächen, das Entrosten von Metallflächen und das Entfernen von Altanstrichen und organischen Kalkablagerungen an Unterschiffen und ähnlichem.
In der DE 693 19 093 T2 (& US 5 566 666 A) ist ein solches rotierbares Werkzeug der eingangs beschriebenen Art offenbart. Die Schleif- bzw. Schnittleistung eines derartigen Werkzeugs gründet sich vor allem auf der Meißelwirkung, die die Arbeitskontaktelemente bei ihrem Einwirken in das jeweilige Werkstück erzielen und ist deshalb herkömmlichen Schleif- und Abtragungswerkzeugen, wie zum Beispiel Schwingschleifmaschinen, deren Abtragungswirkung besonders auf eine Abtragungswirkung allein durch Härteunterschieden zwischen einer in verschiedenen Körnungsstufen erhältlichen mineralischen Schleifschicht und dem jeweiligen Untergrund beruht, insbesondere beim Grobbearbeiten weit überlegen. Ein Zusetzen des Werkzeugs mit abgetragenem Material kann aufgrund der exponierten Position der Arbeitskontaktelemente nicht auftreten. Gegenüber rotierenden Drehbürsten ist die Standfestigkeit und Abtragsleistung aufgrund der Hartmetall - Arbeitskontaktelemente wesentlich verbessert.
Jedoch besteht bei diesen Werkzeugen ein erheblicher Nachteil in einer schnellen Abnahme der Schnittleistung auf eine im Vergleich zur Anfangsschnittleistung gleichbleibend schlechtere Endschnittleistung. Der Grund hierfür ist die einseitige Abnutzung der Arbeitskontaktelemente und ihr ständig stumpfer werdender Keilwinkel und gleichzeitig kleiner werdender Freiwinkel zwischen den Arbeitskontaktelementen und dem Werkstück.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug zu schaffen, dessen Arbeitskontaktelemente sich nicht einseitig abnutzen und deren Meißelwirkung weitestgehend erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Arbeitskontaktelemente in den Halteelementen drehbar um jeweils eine Drehachse gelagert sind, deren Richtung eine Komponente senkrecht zu der Drehachse des Grundkörpers aufweist.
Durch die Einführung einer Drehachse ist das Arbeitskontaktelement im Arbeitsbetrieb selbstdrehend und nutzt sich so auf einer umlaufenden Schneidkante gleichmäßig ab. Dadurch wird die Schnittleistung des Werkzeugs aufgrund der durch die Drehbewegung erzielte Selbstschärfung über die gesamte Nutzungsdauer weitestgehend erhalten. Der Spitzenbereich der Arbeitskontaktelemente erhält nach einer gewissen Nutzungszeit die Form eines Kegels.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Arbeitskontaktelemente einen Arbeitsbereich und einen gegenüber diesem verdickten Haltebereich besitzen, und dadurch eine Anpassung der beiden Bereiche an ihre Arbeits- bzw. Haltefunktion ermöglicht wird.
Ein Werkzeug mit noch verbesserten Arbeitseigenschaften wird dadurch geschaffen, dass jedes Halteelement eine Haltekappe aufweist, die kraftschlüssig mit einem Haltesockel verbindbar ist, wobei die Haltekappe eine Öffnung aufweist, durch die das Arbeitskontaktelement nach außen hindurchtritt. Durch diese käfigartige Halterung wird es ermöglicht, nur die Arbeitskontaktelemente nach ihrem Verschleiß auszutauschen, statt das Werkzeug komplett ersetzen zu müssen. Bei einem Einsatz kommt es besonders bei der Bearbeitung von Ecken und Kanten relativ häufig zum Abbrechen einzelner Arbeitskontaktelemente, so dass mit einem hohen Faktor der Kostenersparnis bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung zu rechnen ist.
Auch wenn grundsätzlich alternative Befestigungsarten möglich sind, ist es weiterhin besonders von Vorteil, dass die Haltekappe mit dem Haltesockel verschraubbar ist, da eine solche Befestigung mit herkömmlichem Werkzeug herstellbar ist und sich dadurch die Anschaffungskosten für besonderes Werkzeug erübrigen. Falls erforderlich können zusammen mit den Arbeitskontaktelementen auch die Haltekappen ausgetauscht werden, ohne dass dadurch hohe Kosten entstehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Haltekappe in ihrer Verschraubungsendstellung von dem Gewinde des Haltesockels plastisch verformt ist und dadurch eine sichere und gleichzeitig einfache Verbindung auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Werkzeugs erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Haltekappe mit einem Außensechskant versehen und kann so mit einem einfachen Maulschlüssel auf den Haltesockel auf- oder von diesem abgeschraubt werden.
Zudem können die Arbeitskontaktelemente zu einer Ebene senkrecht zu ihrer Drehachse symmetrisch aufgebaut sein. Durch den symmetrischen Aufbau der Arbeitskontaktelemente lassen sich diese nach Entfernung der Haltekappe um 180 Grad wenden und mit dem gegenüberliegenden Arbeitsbereich erneut verwenden.
Weiter ist von Vorteil, dass sich die metallischen Halteelemente in radialer Richtung des Grundkörpers bis in diesen hinein erstrecken, an ihrem den Arbeitskontaktelementen abgewandten Enden mit einer Verdickung versehen und in das hinreichend elastische Kunststoffmaterial des Grundkörpers eingebettet sind. Eine derartige Verbindung der Halteelemente mit dem Grundkörper ist ausreichend stabil für hohe Drehzahlen und lässt sich in einem einfachen und deshalb kostengünstigen Spritzgussverfahren herstellen. Die Verdickung bewirkt einen Formschluss zwischen Grundkörper und Halteelement und somit eine sichere Fixierung.
Insbesondere können die Halteelemente drehbar um eine Drehachse in dem Grundkörper gelagert sein, wobei die Drehachse mit der Drehachse des Arbeitskontaktelements zusammenfällt. Durch die Einführung einer zweiten Drehachse gleichsinnig zur ersten wird eine zusätzliche Möglichkeit der Drehung geschaffen, wodurch sich die einseitige Abnutzung der Arbeitskontaktelemente nochmals reduziert und die Sicherheit, dass im Betrieb eine Drehung der Arbeitskontaktelemente auftritt, erhöht.
Zusätzlich kann das Halteelement auch noch in radialer Richtung elastisch bewegbar sein. Dadurch wird eine Hammerwirkung erreicht, die zu einem noch effektiveren Materialabtrag führt. Die Hammerwirkung entsteht immer dann, wenn das Halteelement auf das Werkstück auftrifft und dabei die Bewegungsenergie impulsartig auf letzteres abgibt, um sich danach im Verlauf der weiteren Drehung radial zur Drehachse des Grundkörpers zurück zu verlagern. Hierdurch wird die Kontaktkraft im Verlauf des weiteren Überstreichens des Werkstücks reduziert, wodurch auch die spanende Wirkung der Arbeitskontaktelemente und damit ihr Verschleiß verringert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist jedes Halteelement eine Schraubenfeder auf, die mit ihrer Längsachse koaxial zu der Drehachse der Arbeitskontaktelemente verläuft und einerseits die Arbeitskontaktelemente trägt und andererseits mit einem starren Grundkörper verbunden ist. Die Verkürzbarkeit der Schraubenfedern in ihrer axialen Richtung ermöglicht das zuvor beschriebene radiale Zurückweichen der Arbeitskontaktelemente sowie der Halteelemente bei steigender radial gerichteter Kontaktkraft. Zudem werden radial ausgeprägte Vibrationen erheblich stärker von Schraubenfedern abgefedert als von einem elastischen Grundkörper.
Vorteilhafter Weise können schließlich die Haltesockel der Halteelemente in die Schraubenfedern eingepresst sein, wodurch eine Verbindung erreicht wird, die unter Einfluss von Fliehkräften wegen einer daraus folgenden Durchmesserverringerung fester wird, die sich jedoch bei Werkzeugstillstand -durch Drehen entgegen dem Wickelsinn der Feder-leicht wieder lösen lässt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1: eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen rotierbaren Werkzeugs,
Fig. 2: einen schematischen Längsschnitt durch ein Halteelement des in Fig. 1 gezeigten Werkzeugs und
Fig. 3: eine Ansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Werkzeugs.

Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug 1 weist einen Grundkörper 2 mit zwölf auf ihm speichenartig angeordneten Halteelementen 3 auf, die ihrerseits jeweils einen Haltesockel 4 und eine bleistiftspitzenförmige Haltekappe 5 aufweisen. Der Grundkörper 2 besteht aus einem elastischen Material, bevorzugt aus einem Elastomer. Die Halteelemente 3, die auch in Fig. 2 gezeigt sind, werden in die Spritzgussform eingelegt und mit dem Kunststoffmaterial umspritzt, wodurch sich eine innige und formschlüssige Verbindung ergibt. Mittig weist der Grundkörper 2 ein Aufnahmemittel A in Form eines Durchgangs mit Innensechskant auf.
Das in Fig. 2 dargestellte Halteelement 3 zeigt nochmals den Haltesockel 4 mit einer Verdickung 4* an seinem einen Ende und einem Außengewinde 6 an seinem der Haltekappe 5 zugewandten anderen Ende, welches zudem mit einer Öffnung 7 in Form einer Bohrung versehen ist, die bis in einen auch in der Fig. 1 sechskantförmig gezeigten verdickten Mittelbereich 8 hineinführt. Die Haltekappe 5 besitzt an ihrem sich verjüngendem Ende eine Öffnung 9 in Form der Bohrung die in ihrem Durchmesser dem der Öffnung 7 des Haltesockels 4 entspricht und ein dem Außengewinde 6 des Haltesockels 4 gegenüber axial kürzeres, ansonsten jedoch entsprechendes, Innengewinde 10. Des weiteren weist die Haltekappe 5 noch ein innere Aussparung 11 auf, die in ihrem Innendurchmesser größer ist als das Innengewinde 10.
Weiterhin wird ein Arbeitskontaktelement 12 gezeigt, welches aus einem vorderen und einem hinteren zylindrischen Arbeitsbereich 13 und einem mittigen verdickten Haltebereich 14 besteht. Der hintere und der vordere Arbeitsbereich 13 des Arbeitskontaktelements 12 besitzen den gleichen Durchmesser, der ein geringfügig kleiner ist als der der beiden Bohrungen 7 und 9 des Haltesockels 4 und der Haltekappe 5. Außerdem ist auch der größte Außendurchmesser des Haltebereichs 14 des Arbeitskontaktelements 12 kleiner als der Durchmesser im Bereich der inneren Aussparung 11 der Haltekappe 5. Dadurch ist das Arbeitskontaktelement 12 in dem aus der Haltekappe 5 und dem Haltesockel 4 gebildeten Käfig leicht drehbar.
Das Arbeitskontaktelement 12 besteht gänzlich aus Hartmetall. Die Härte des Haltesockels 4 (~ 60 HRC) ist größer als die der Haltekappe 5 (~ 50 HRC), so dass sich erstgenannter mit seinen endseitig gelegenen Gewindegängen weitere endseitige Gewindegänge in die aus weicherem Material bestehende Haltekappe 5 formen kann. Hierdurch lässt sich eine äußerst sichere Schraubverbindung erreichen, die sich auch durch seitliche Schläge, wie sie beim Arbeiten mit dem Werkzeug 1 entstehen können und die dabei ein Lösemoment verursachen, nicht löst. Ein Spalt 15 zwischen der der verjüngten Seite abgewandten Fläche 16 der Haltekappe 5 einerseits und einer das Außengewinde 6 des Haltesockels 4 abschließenden Fläche 17 des Mittelbereichs 8 andererseits, lässt es dabei zu, dass auch ein mehrmaliges Verschrauben derselben Haltekappe 5 mit dem Haltesockel 4 noch zu einer neuen Gewindeformung innerhalb der Haltekappe 5 führt, wobei natürlich mit jedem erneuten Verformen die Spaltbreite abnimmt.
Für die Schleifarbeit wird das Werkzeug 1 mittels des Aufnahmemittels A zwischen zwei hier nicht gezeigte Scheiben eingespannt und kann dabei durch einen auf einer der Scheiben zentrisch angebrachten axial verstellbaren Außensechskants zentriert werden. Ein an einer der Scheiben angebrachter Schaft kann sodann in einer Werkzeug -Antriebsvorrichtung zum Beispiel in Form einer einfachen Handbohrmaschine eingespannt werden. Der Drehsinn folgt dabei dem in Fig. 1 gezeigten Pfeil 18. Bei besonderen abzutragenden Werkstoffen, insbesondere weichen, plastischen Materialien können aber auch bei entgegengesetzter Drehrichtung sehr gute Arbeitsergebnisse erzielt werden.
Während das in Figur 1 gezeigte Werkzeug 1 12 gleichmäßig an seinem Umfang verteilte Halteelemente 3 mit jeweils einem Arbeitskontaktelement 12 aufweist, besitzt das in Figur 3 dargestellte Werkzeug 1' insgesamt 24 gleichmäßig verteilte Halteelemente 3' mit jeweils einem Arbeitskontaktelement 12. Die Halteelemente 3' des Werkzeugs 1' entsprechen im wesentlichen denen des Werkzeugs 1 wie es in Figur 2 dargestellt ist. Die Halteelemente 3' gemäß Figur 3 besitzen am Ende ihres Haltesockels 4' jedoch nicht die in Figur 2 gezeigte Verdickung 4*, sondern sie enden mit dem davor befindlichen zylindrischen Zapfen. Dieser in Figur 3 nicht erkennbare zylindrische Zapfen ist jeweils in den inneren Hohlraum einer Schraubenfeder 19 eingesetzt. Das gegenüberliegende Ende der Schraubenfeder 19 ist in den nabenförmigen Grundkörper 2' des Werkzeugs 1' eingeführt und wird dort während der spritzgusstechnischen Herstellung des Grundkörpers 2' umspritzt und somit formschlüssig eingebunden.
Die zapfenförmigen Enden der Haltesockel 4' werden mit gewisser Vorspannung in die Schraubenfedern 19 eingesetzt. Bei einer rotatorischen Bewegung des Werkzeugs 1' und der dann auftretenden Fliehkraftbelastung auf die Schraubenfedern 19, die eine Längung bewirkt, verringert sich der Durchmesser der Schraubenfedern 19 tendenziell, so dass die Zapfen der Haltesockel 4' mit zunehmender Drehzahl des Werkzeugs auch zunehmend fester gehalten werden. Ein Herausrutschen der Halteelemente 3' ist daher nicht zu befürchten. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Zapfen der Haltesockel 4' mit den Schraubenfedern 19 zusätzlich durch Verlötung oder Verklebung zu verbinden.
Je nach der Steifigkeit der gewählten Schraubenfedern 19 lassen sich mit dem Werkzeug unterschiedliche Abtragscharakteristiken erzielen. Aufgrund der Elastizität der Schraubenfedern 19 ist das Werkzeug 1' unempfindlich gegenüber einem vom Bediener eventuell zu hoch gewählten Anpressdruck oder auch gegenüber größeren Unebenheiten in der zu bearbeitenden Fläche. Bedarfsweise können die Schraubenfedern 19 auch in rohrförmigen Führungshülsen gelagert sein, die einerseits in den Grundkörper 2' bei dessen spritzgusstechnischer Herstellung eingebettet sind und andererseits sich nicht bis an den sechskantförmigen Mittelbereich 8 des Haltesockel 4' heran erstrecken, um die Längselastizität der Feder sicherzustellen und dabei dennoch die seitlichen Auslenkungen der Schraubenfedern 19 in Grenzen zu halten.

Bezugszeichenliste

1, 1': Werkzeug
2, 2': Grundkörper
3, 3': Halteelement
4, 4': Haltesockel
4*: Verdickung
5: Haltekappe
6: Außengewinde
7: Öffnung
8: Mittelbereich
9: Öffnung
10: Innengewinde
11: Aussparung
12: Arbeitskontaktelement
13: Arbeitsbereich
14: Haltebereich
15: Spalt
16: Fläche
17: Fläche
18: Pfeil
19: Schraubenfeder

Claims

Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung, mit einem scheibenförmigen Grundkörper (2, 2'), dessen Drehachse senkrecht zu einer durch den Grundkörper (2. 2') aufgespannten Ebene verläuft, und der ein zentrales Aufnahmemittel (A) zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit der Werkzeug - Antriebsvorrichtung aufweist, mit einer Mehrzahl von Halteelementen (3, 3'), die in Umfangsrichtung des Grundkörper (2, 2') an diesem verteilt angeordnet sind, wobei in jedem Halteelement (3, 3') ein Arbeitskontaktelement (12) aus einem sehr harten Material gehaltert ist und die Halteelemente (3, 3') mit den Arbeitskontaktelementen (12) in eine Richtung parallel zu der Drehachse des Grundkörpers (2, 2') elastisch auslenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskontaktelemente (12) in den Halteelementen (3, 3') drehbar um jeweils eine Drehachse gelagert sind, deren Richtung eine Komponente senkrecht zu der Drehachse des Grundkörper (2, 2') aufweist.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskontaktelemente (12) einen Arbeitsbereich (13) und einen gegenüber diesem verdickten Haltebereich (14) besitzen.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Halteelement (3, 3') eine Haltekappe (5) aufweist, die kraftschlüssig mit einem Haltesockel (4, 4') verbindbar ist, wobei die Haltekappe (5) eine Öffnung (7) aufweist, durch die das Arbeitskontaktelement (12) nach außen hindurchtritt.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekappe (5) mit dem Haltesockel (4, 4') verschraubbar ist.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekappe (5) in ihrer Verschraubungsendstellung von dem Außengewinde (6) des Haltesockels (4, 4') plastisch verformt ist.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführten Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekappe (5) mit einem Außensechskant versehen ist.
Rotierbares Werkzeug (1,1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskontaktelemente (12) zu einer Ebene senkrecht zu ihrer Drehachse symmetrisch aufgebaut sind.
Rotierbares Werkzeug (1) für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die metallischen Halteelemente (3) in radiale Richtung des Grundkörpers (2) bis in diesen hinein erstrecken, an ihrem den Arbeitskontaktelementen (12) abgewandten Enden mit einer Verdickung (4*) versehen und in das hinreichend elastische Kunststoffmaterial des Grundkörpers (2) eingebettet sind.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (3, 3') drehbar um eine Drehachse in dem Grundkörper (2, 2') gelagert sind, wobei die Drehachse mit der Drehachse des Arbeitskontaktelement (12) zusammenfällt.
Rotierbares Werkzeug (1, 1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (3, 3') in radialer Richtung elastisch bewegbar ist.
Rotierbares Werkzeug (1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Halteelement (3') eine Schraubenfeder (19) aufweist, die mit ihrer Längsachse koaxial zu der Drehachse der Arbeitskontaktelemente (12) verläuft und einerseits die Arbeitskontaktelemente (12) trägt und andererseits mit einem starren Grundkörper (2') verbunden ist.
Rotierbares Werkzeug (1') für eine handgeführte Werkzeug - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltesockel (4') der Halteelemente (3') in die Schraubenfedern (19) eingepresst sind.