Verfahren zum Besetzen von metallischen Bürstenwerkzeugen mit Schleifmittelteilchen und danach hergestelltes metallisches Bürstenwerkzeug

Abstract

 Es ist ein Verfahren zum Besetzen von metallischen Bürstenwerkzeugen mit Schleifmitteiteilchen, wie bspw. aus Diamant, kubischem Bornitrid, Korund und dgl. beschrieben, das folgende Schritte beinhaltet:
Abdecken des Werkzeuges unter Freilassen derjenigen Bereiche, die mit den Schleifmittelteilchen besetzt werden sollen, Eintauchen des teilweise abgedeckten Werkzeugs in ein Galvanobad, in das Schleifmittelteilchen eingebracht sind, und Aufbringen einer Schicht aus vorzugsweise hartem metallischem Trägermaterial, wie Nickel, Chrom oder dgl. unter teilweiser Einbettung von mindestens einer Vielzahl von Schleifmittelteilchen auf die freigelassenen Bereiche des Werkzeugs durch elektrolytische oder stromlose galvanische Metallabscheidung; und anschließendes Entfernen der Abdeckung von den betreffenden Bereichen des Werkzeugs.
Ferner ist ein nach dem Verfahren hergestelltes metallisches Bürstenwerkzeug beschrieben, bei dem zumindest die Außenfläche des Werkzeugs (11) mit Schleifmittelpartikel (22) belegt sind, die galvanisch in ein hartes metallisches Trägermeteriel (21) teilweise eingebettet sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Besetzen von metallischen Werkzeugen, insbesondere Bürstenwerkzeugen mit Schleifmittelteilchen, wie bspw. aus Diamant, kubischem Bornitrid, Korund und dgl., und auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes metallisches Werkzeug, insbesondere Bürstenwerkzeug.

[0002] Bei Werkzeugen zum Entgraten und bei solchen zum Honen ist es bekannt, entsprechende Schleifsteine in Form von Sinterkörpern aus Schleifmittelteilchen und einem Bindemittel zu verwenden. Diese gesinterten Schleifsteine können an beliebig geformten Haltern befestigt und für das Entgraten bzw. Honen beliebiger Bohrungen und dgl. verwendet werden.

[0003] Es hat sich gezeigt, daß insbesondere für das Entgraten von Bohrungsrändern an den Enden von Bohrungen, innerhalb an Bohrungsmündungen und 'dgl. Bürstenwerkzeuge von Vorteil sind, insbesondere dann, wenn sie mit Schleifmittelteilchen besetzt sind. Aus der DE-PS 25 18 246 ist ein Bürstenwerkzeug bekannt, bei dem die Borsten aus Kunststoff sind und an ihren Enden mit einer kugelförmigen Kappe versehen sind. Diese Kugelkappe besteht aus Schleifmittelteilchen, die in einem Bindemittel gebunden sind, welches Bindemittel gleichzeitig dazu dient, die Kugelkappe am Borstenende fest zu halten.

[0004] Nachteilig hieran ist, daß dieses Bürstenwerkzeug relativ weich ist und daß die mit den Schleifmittelteilchen versehene Kugelkappe relativ groß ist und damit ebenfalls zur Instabilität bzw. leichten Verknickbarkeit der einzelnen Borsten bzw. der Bürste insgesamt beiträgt. Da die Kugelkappen relativ groß sind, ist die Anzahl der Borsten am Bürstenteil des Werkzeuges relativ gering. Es können also keine üblichen Bürsten Verwendung finden, sondern es müssen Sonderanfertigungen vorliegen.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Besetzen von metallischen Werkzeugen mit Schleifmittelteilchen zu schaffen, das sowohl zum Besetzen von großflächigen Oberflächen an metallischen Werkzeugen als auch zum Besetzen der Borstenenden üblicher metallischer Bürstenwerkzeuge gleichermaßen einsetzbar ist. Außerdem soll ein nach diesem Verfahren hergestelltes metallisches Werkzeug, insbesondere Bürstenwerkzeug geschaffen werden.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und bei einem Werkzeug der genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 13 angebenen Merkmale gelöst.

[0007] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, metallische Werkzeuge mit Schleifmittelteilchen, wie bspw. aus Diamant, kubischem Bornitrid, Korund oder dgl. derart zu besetzen, daß sie in einem Hartmetall eines Trägermaterials an den betreffenden Bereichen des metallischen Werkzeuges festgehalten sind, wobei sie in dem Trägermaterial derart teilweise eingebettet sind, daß sie zu einem Teil aus dem Trägermaterial herausragen und so als Schleifmittel dienen können. Derartige mit Schleifmittelteilchen besetzte metallische Werkzeuge haben eine sehr hohe Standzeit, die wesentlich über denen der bekannten Bürstenwerkzeuge liegt, da das Halten der Schleifmittelteilchen hier nicht durch Binde-und sonstige Klebemittel erfolgt, sondern die Schleifmittelteilchen in einem galvanisch aufgebrachten Trägermaterial eingeschlossen sind. Außerdem ist hierbei gewährleistet, daß stets eine ausreichende Menge und eine ausreichend große Oberfläche und Kanten der Schleifmittelteilchen aus dem metallischen Trägermaterial herausragen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Bürstenwerkzeugen die einzelnen Borstenenden mit relativ kleinen Kappen aus dem im Trägermaterial eingebetteten Schleifmittelteilchen versehen werden können.

[0008] Bei dem Besetzen von metallischen Bürstenwerkzeugen bzw. von deren Borstenenden ist es zweckmäßig, denjenigen Teil des Bürstenwerkzeuges, der die Bürste aufweist, vollständig mit einem nichtleitenden Material, wie bspw. einem Lack, oder einem Wachs oder auch mit Gips auszufüllen und zu umhüllen, und dann in einem zweiten Arbeitsgang die Borstenenden in entsprechender Länge, von bspw. etwa 1 bis 2 mm wieder freizulegen, was bspw. mit Hilfe einer Schleifbürste erfolgen kann. Dies ist ein sehr einfacher Weg, die Bürste des Bürstenwerkzeuges so abzudecken, daß nur die Borstenenden, die besetzt werden sollen, freiliegen.

[0009] In vorteilhafter Weise ist das nichtleitende Material derart ausgebildet, daß es in einem bestimmten Umgebungstemperaturbereich erstarrt ist, während es in einem vorzugsweise erheblich darüber liegenden Temperaturbereich bspw. zähflüssig ist. Dadurch kann das Abdecken in besonders einfacher Weise durch mehrmaliges Eintauchen und Herausnehmen und zwischenzeitliches Erstarren des Materials erfolgen. Das Entfernen der Abdeckung erfolgt am Schluß dann dadurch, daß das Werkzeug auf die betreffende Temperatur erwärmt wird, so daß das nunmehr flüssige Material zwischen den Borsten bzw. aus der Bürste heraustropfen kann.

[0010] Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Figur 1 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Bürstenentgratwerkzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Figur 2 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Entgratwerkzeug mit federnden Stäben gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Figur 3 in vergrößerter Darstellung das freie, mit Schleifmittelteilchen besetzte Ende zweier Borsten des Bürstenwerkzeugs nach Fig. 1 im Schnitt und in Ansicht, und

Figur 4 in vergrößerter Darstellung einen Bereich eines mit Schleifmittelteilchen besetzten federnden Stabes des Werkzeuges nach Figur 2.

[0011] In Fig. 1 ist ein Bürstenwerkzeug 11 zum Entgraten dargestellt, bei dem die metallischen Borsten 12 bündelweise und in wendelförmiger .Anordnung an der Werkzeugrotationsachse 13.befestigt sind, die aus zwei miteinander verdrillten Metalldrähten besteht und die an ihrem einen freien Ende 16 in eine entsprechende Antriebsmaschine einspannbar ist.

[0012] Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist jedes freie Ende 18 einer Borste 12 mit einer Kappe 19 versehen, die im Verhältnis zur Dicke der metallischen Borste 12 etwa das zwei- bis dreifache beträgt. Die Kappe 19 besteht aus Nickel als Trägermaterial 21, in welchem Diamantpartikel 22 als Schleifmittelteilchen ganz oder derart teilweise eingebettet sind, daß sie zu etwa 1/2 bis 1/3 ihrer Größe aus dem Trägermaterial 21 herausragen. Innerhalb des Trägermaterials 21 ist also ebenfalls eine Vielzahl von Schleifmittelteilchen 22 eingebettet und nur ein Teil der Schleifmittelteilchen 22 ragt aus dem Trägermaterial 21 heraus. Die vollständig eingebetteten Teilchen 22 kommen erst bei Abnutzung der Kappe 19 während der betreffenden Bearbeitung hervor und zur Wirkung. Die Korngröße der Schleifmittelteilchen bzw. der Diamantpartikel 22 kann unterschiedlich gewählt werden, und zwar je nach Anwendungs- . gebiet und zu bearbeitendes Material.

[0013] Das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug 26 dient ebenfalls zum Entgraten und ist um seine Achse 27 herum mit federnden Stäben 28 versehen, die über den Umfang verteilt angeordnet sind und die an ihren Enden durch je eine Hülse 29, 29' fixiert bzw. festgehalten sind. Die Stäbe 28 verlaufen von einer Hülse 29 zur anderen Hülse 29' bauchig, d.h., sie verändern ihren Abstand zur Achse 27 stetig. Außerdem verlaufen sie im Bezug auf die Längsrichtung der Achse 27 etwas verdrillt.

[0014] Innerhalb des mit A angebenen Bereiches sind die Stäbe 28 mit Diamantpartikeln als Schleifmittelteilchen 22' besetzt, die auch hier in Nickel als Trägermaterial 21' teilweise derart eingebettet sind, daß sie zu etwa 1/2 bis 1/3 ihrer Größe aus dem Trägermaterial 21' herausragen.

[0015] Es versteht sich, daß bei beiden Werkzeugen 11 und 26 das Trägermaterial, das hier Nickel ist, auch durch ein anderes Hartmetall, wie Chrom, oder auch durch ein weicheres Metall, wie Kupfer, Zink oder dgl. ersetzt werden kann. Außerdem können auch die Schleifmittelteilchen 22, 22', die hier Diamantpartikel sind, durch andere Schleifmittel, wie kubisches Bornitrid, Korund, Saphir, Rubin oder dgl. ersetzt werden. Es versteht sich ferner, daß statt des Werkzeuges 26 der Fig. 2 auch andere derartige mit großflächiger Schleiffläche versehene Werkzeuge mit entsprechenden im Trägermaterial eingebetteten Schleifmittelteilchen besetzt werden können.

[0016] Das Besetzen der metallischen Borsten 12 des Bürstenwerkzeugs 11 mit den Kappen 19 geht folgendermaßen vor sich:

Zunächst wird das Bürstenwerkzeug 11 zumindest mit demjenigen Teil, der die Bürste bzw. die Borsten 12 enthält, vollständig mit einem nichtleitenden Material abgedeckt. Dieses Abdecken erfolgt dadurch, daß ein nichtleitendes Material verwendet wird, das in warmem Zustand flüssig, bspw. zähflüssig ist und in einem bestimmten Umgebungstemperaturbereich erstarrt. Bspw. ist das betreffende Material, ein Wachs, bei etwa 40°C erstarrt, während es oberhalb dieser Temperatur bei bspw. etwa 200°C eine flüssige bis teigige Breimasse ist. In dieses erwärmte bzw. erhitzte flüssige Material wird der betreffende Bürstenwerkzeugteil vollständig eingetaucht, dann herausgezogen und gedreht, wobei das anhaftende nichtleitende Material erstarrt. Dieser Vorgang, d.h. Eintauchen, Herausziehen und Drehen, wird so lange wiederholt, bis der Bürstenteil bzw. der mit den Borsten 12 versehene Teil des Werkzeuges 11 von dem nichtleitenden Material vollständig abgedeckt ist.

Es versteht sich, daß als nichtleitendes Material auch ein entsprechender Lack oder auch Gips Verwendung finden kann.

Daraufhin wird die Bürste auf bspw. eine Drehbank gespannt und mit einer normalen Schleifbürste außenumfangsseitig abgeschliffen, so daß die freien Enden der Borsten 12 auf etwa 1 bis 2 mm Länge freigelegt werden. Diese freigelegten Enden bzw. Spitzen 18 der Borsten 12 werden dann mit den Kappen 19 galvanisch besetzt.

[0017] Die freigelegten Enden 18 der Borsten 12 werden zur Vorbereitung des galvanischen Aufbringens der Kappen 19 in ein Ätzbad gelegt, so daß die Borstenenden 17 angeätzt werden und damit chemisch gereinigt werden.

[0018] Das metallische Bürstenwerkzeug 11, das also zum größten Teil abgedeckt ist und bei dem lediglich die oben erwähnten Borstenenden 18 etwa 1 bis 2 mm lang freiliegen, wird nun in ein Galvanikbad getaucht und stellt so die eine Elektrode dar. Das Galvanikbad kann elektrolytisch oder stromlos betrieben werden. Im Galvanikbad wird ein Trägermaterial 21, beim Ausführungsbeispiel Nickel, von der anderen Elektrode auf die freiliegenden Enden 18 der Borsten 12 abgeschieden und galvanisch aufgebracht. Dabei werden gleichzeitig mit dem galvanischen Aufbringen von Nickel 21 auf die Borstenenden 18 die Diamantpartikel 22 mit zu den Borstenenden 18 gebracht und in das Trägermaterial eingebettet.

[0019] Bei dem Bürstenwerkzeug 11 gemäß den Fig. 1 und 3, das mit Diamantpartikel 22 als Schleifmittelteilchen besetzt werden soll, wird das Bürstenwerkzeug 11 auf einen bspw. rinnenförmigen Träger im Galvanikbad gelegt, und zwar derart, daß das Bürstenwerkzeug 11 vollständig untergetaucht ist. Daraufhin wird das Diamantpulver als breiige Substanz auf den obenliegenden Bereich der Bürste des Werkzeuges 11 gebracht. Daraufhin wird das Galvanikbad aktiviert, so daß sich Nickel als Trägermaterial 21 an den Enden 18 der Borsten 12 abscheidet und dabei die Partikel des Diamantpulvers miteinbettet. Ist dies bis zu einem gewissen Grade erfolgt, so wird das Bürstenwerkzeug 11 gedreht, worauf der andere gegenüberliegende Bereich der Bürste mit dem Diamantpulver belegt und dann das Galvanikbad wieder aktiviert wird, so daß auch hier die Diamantpartikel bis zu einem gewissen _Grade mit dem galvanischen Aufbringen des Trägermaterials an die Borstenenden 18 in das Trägermaterial eingebettet werden.

[0020] In diesem Zustand haften die Diamantpartikel lediglich unvollkommen an den Borstenenden 18, da diese bis jetzt nur mit einer relativ geringen Schichtdicke am Trägermaterial 21 eingebettet sind. Das weitere Einbetten der Diamantpartikel erfolgt beim Ausführungsbeispiel in einem zweiten Galvanikbad, das ebenfalls elektrolytisch oder stromlos betrieben werden kann. In diesem Bad erfolgt nun ein Einbetten der Diamantpartikel in der Weise, daß die inneren Schleifmittelteilchen vollständig im Trägermaterial 21 eingebettet werden, während die äußeren Diamantpartikel nur soweit eingebettet werden, daß sie höchstens zu etwa 1/4 bis 1/3 ihrer Größe aus dem Trägermaterial 21 herausragen. Die Zeit, die für dieses Einbetten benötigt wird, hängt von den Daten des Galvanikbades ab. Am Ende dieses Prozesses sind die Diamantpartikel innerhalb des Trägermaterials 21 derart verankert, daß sie als Schleifmittel Verwendung finden können und dabei eine sehr hohe Standzeit besitzen. Eine gewisse Abnutzung wird dadurch aufgefangen, daß die Kappe 19 eine bestimmte Größe aufweist und innerhalb der Kappe 19 weitere Diamantpartikel angeordnet sind, die während des Abnutzungsvorganges dann freigelegt werden und zur Wirkung kommen.

[0021] Es ist auch möglich, die freiliegenden Enden 18 der Borsten 12 nach dem Anätzen in einem besonderen Galvanobad vorab mit Trägermaterial 21 in Form einer dünnen Schicht zu versehen, also anzunickeln.

[0022] Es ist ferner möglich, das vollständige Einbetten, nicht wie oben beschrieben in einem besonderen Galvanobad, sondern in dem Bad vorzunehmen, wo auch die Schleifmittelteilchen eingebracht werden. Werden weniger teuere Schleifmittelteilchen als Diamant verwendet, so ist es auch möglich, die Schleifmittelteilchen im Galvanobad als Sumpf vorzusehen und das betreffende Ende des Bürstenwerkzeuges 11 während des metallischen Abscheidungsvorganges darin eingetaucht zu lassen, so daß ein Verdrehen des Bürstenwerkzeuges 11 während dieses galvanischen Vorganges nicht notwendig ist.

[0023] Sind die freien Enden 18 der Borsten 12 jeweils mit einer Kappe 19 versehen, so muß das Abdeckmaterial in Form des nichtleitenden Wachses bzw. sonstigen Materials wieder entfernt werden. Dazu wird der betreffende Teil des Bürstenwerkzeuges 11 auf die entsprechende Temperatur erwärmt, so daß das dann flüssige Wachs wieder aus der Bürste 11 heraustropfen kann. Dadurch ist in einfacher Weise das nichtleitende Abdeckmaterial wieder entfernt.

[0024] Das Besetzen des Werkzeuges 26 nach Fig. 2 mit Schleifmittelteilchen 22', die in einem Trägermaterial eingebettet sind, erfolgt in ähnlicher Weise. Gemäß Fig. 2 soll nur der Bereich A des Werkzeuges 26 mit Schleifmittelteilchen besetzt werden. Deshalb werden die anderen Bereiche mit bspw. Isolierband umwickelt und dadurch abgedeckt. Danach wird das Verfahren in gleicher Weise wie oben beschrieben durchgeführt, d.h., die freiliegenden Werkzeugbereiche werden angeätzt, ggf. angenickelt und dann im Galvanobad mit dem Trägermaterial und den Schleifmittelteilchen versehen. Am Ende müssen die Isolierbänder und dgl. wieder entfernt werden. Bei diesem Vorgang wird zwar der freiliegende Bereich der Werkzeugachse 27 unnötigerweise ebenfalls mitbesetzt, jedoch ist hier der Vorgang des Abdeckens der anderen Bereiche sehr einfach. Will man hier nur die betreffenden Bereiche der Stäbe 28 des Werkzeuges 26 mit den Schleifmittelteilchen 22' besetzen, so ist es auch möglich, diese einzeln in das Galvanikbad zu tauchen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Besetzen von metallischen Werkzeugen, insbesondere Bürstenwerkzeugen mit Schleifmittelteilchen, wie bspw. aus Diamant, kubischem Bornitrid, Korund und dgl., gekennzeichnet durch folgende'Schritte: Abdecken des Werkzeuges unter Freilassen derjenigen Bereiche, die mit den Schleifmittelteilchen besetzt werden sollen; Eintauchen des teilweise abgedeckten Werkzeugs in ein Galvanobad, in das Schleifmittelteilchen eingebracht sind, und Aufbringen einer Schicht aus vorzugsweise hartem metallischem Trägermaterial, wie Nickel, Chrom oder dgl. unter teilweiser Einbettung von mindestens einer Vielzahl von Schleifmittelteilchen auf die freigelassenen Bereiche des Werkzeugs durch elektrolytische oder stromlose galvanische Metallabscheidung; und anschließendes Entfernen der Abdeckung von den betreffenden Bereichen des Werkzeugs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise abgedeckte Werkzeug vor dem Eintauchen in das Galvanobad in ein Ätzbad eingetaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Bereiche des teilweise abgedeckten Werkzeugs in einem Galvanobad mit einer Grundschicht aus dem Trägermaterial vorab versehen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten von Schleifmittelteilchen in das Trägermaterial mindestens zu etwa 2/3 bis 3/4 von deren Größe erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten der Schleifmittelteilchen in das Trägermaterial in einem separaten Galvanobad erfolgt.

6. Verfahren zum Besetzen der freien Enden der Borsten von Bürstenwerkzeugen mit Schleifmittelteilchen, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der mit den Borsten versehene Teil des Bürstenwerkzeugs mit einem nichtleitenden Material ausgefüllt wird und danach die zu beschichtenden Enden der Borsten wieder freigelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten des Bürstenwerkzeugs in ein nichtleitendes Material eingetaucht werden, das in einem bestimmten Umgebungstemperaturbereich erstarrt und bei darüberliegender Temperatur flüssig, vorzugsweise zähflüssig ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste des Bürstenwerkzeugs in das erhitzte nichtleitende Material eingetaucht und herausgezogen wird, wobei das Material unter Rotation des Bürstenwerkzeugs zum Erstarren gebracht wird, und daß dieser Vorgang so lange wiederholt wird, bis die Borsten des Bürstenwerkzeugs vollkommen zugedeckt sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Material ein Lack oder ein Wachs ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittelpartikel aus Diamantpulver sind, wobei die Korngröße je nach Anwendungsfall gewählt ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bürstenwerkzeug auf einem rinnenartigen Träger in das Galvanobad gelegt und das Diamantpulver als breiige Masse gleichmäßig über die Werkzeugoberfläche verteilt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilen des Diamantpulvers über der Oberfläche des Bürstenwerkzeugs in mindestens zwei Stufen erfolgt, wobei die Bürste nach jeder Stufe, in der das Diamantpulver aufgebracht und das Trägermaterial galvanisch abgelagert ist, gedreht wird.

13. Nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestelltes metallisches Werkzeug, insbesondere Bürstenwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Außenfläche des Werkzeugs (11, 26) mit Schleifmittelpartikel (22, 22') belegt sind, die galvanisch in ein vorzugsweise hartes metallisches Trägermaterial (21, 21') teilweise eingebettet sind.

14. Bürstenwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (18) der metallischen Borsten (12) galvanisch mit Kappen (19) versehen sind, die aus einem Hartmetall als Trägermaterial (21), bspw. Nickel, Chrom oder dgl., und darin teilweise eingebetteten Schleifmittelpartikeln (22), vorzugsweise Diamantpartikel bestehen.

Zeichnung