Vielfach müssen Oberflächen in Form-Kavitäten einer Fein- und Feinstbearbeitung unterworfen werden. Auf dem DIN-Blatt 4766 sind die Bereiche der Rauheiten Rz in mu m aufgezeichnet, die mit den verschiedenen trennenden Bearbeitungsverfahren erzielt werden. Für die Feinbearbeitung müssen die Oberflächen eine Ausgangsrauhtiefe von mindestens 10 mu m aufweisen. Dagegen erfordert die Feinstbearbeitung Ausgangsrauhtiefen von ca. 2 mu m. Für eine gesteuerte Maschinenbearbeitung sind im Formenbau schätzungsweise 90% der Oberflächen für eine Fein- und Feinstbearbeitung nicht zugänglich. Die Bearbeitung erfolgt hier mit sogenannten Handfeilmaschinen im Kurzhub durch Honen mit Schleiffeilen verschiedener Körnung, und letzten Endes durch Läppen - Polierläppen und Polieren.
In der Industrie werden bereits seit Jahren Handfeilmaschinen verschiedenster Bau- und Antriebsart verwendet. Als Beispiel seien genannt: die Diprofil Handfeilmaschinen, die flex-poli Handfeilmaschinen, beide mittels Biegewelle angetrieben. Des weiteren werden pressluftbetriebene Handfeilmaschinen verwendet. Als Beispiel seien die Geräte von SIG und BIAX erwähnt.
Eine dritte Antriebsart für lineare Kurzhubbewegungen sind Elektro-Geräte mit wechselstrombetriebenen Magneten bei welchen der (Schwinger) oszilierende Teil in verschiedener Weise angeordnet ist. Derartige Antriebe findet man zum Beispiel in Rasierapparaten, Massagegeräten, Wasserpumpen, Vakuumpumpen, Graviergeräten und anderen.
Für eine Vielzahl von Bearbeitungsfällen sind die erstgenannten Maschinen gut geeignet. Für die Bearbeitung von Oberflächen in Formen zur Herstellung von technischen Miniaturteilen - deren Bedarf ständig grösser wird - sind die erwähnten Maschinen nicht feinfühlig genug.
Als Kompromisslösung bot sich der Einsatz von Ultraschallgeräten an. Deren hohe Schwingungszahl von 20 000-28 000 Herz setzt allerdings Grenzen hinsichtlich der Hubbewegung - die kaum mehr als 24 mu m beträgt - und damit auch Grenzen für die zu verwendenden Werkzeuge. Mit metallgebundenen Diamant- oder Borazonwerkzeugen kann man zwar von der Funkenerosion herrührende Zementitschichten auf kleinen und schmalen Flächen abtragen, die Weiterbearbeitung durch Läppen ist infolge des kurzen Hubes kaum zufriedenstellend möglich. Das 10 mu m Läppkorn als kugelförmiger Körper gesehen mit einem Umfang von 31,4 mu m wird bei einem vollen Hub von 20-24 mu m kaum um die eigene Achse gedreht.
Dies hat zur Folge, dass zum Beispiel bei ledeburitischen Stählen karbidische Kristallreste von der Grösse von nur wenigen Mikrometern durch die hohe Schwingungszahl so sehr erschüttert werden, dass sie aus ihrem Verbund herausbröckeln. Die so entstandenen Mikrokavitäten werden beim anschliessenden Polieren kraterförmig aufgeweitet und ergeben ein pickelähnliches Aussehen.
Zum Polierläppen werden Werkzeuge aus Holz oder Fiber verwendet. Deren Dämpfung ist bei der Verwendung von Ultraschallgeräten jedoch so stark, dass kaum noch nennenswerte Schwingungen übertragen werden. Thermoplastische Kunststoffe, die normalerweise für das Polierläppen hervorragend geeignet sind, werden bei den hohen Ultraschallfrequenzen in kürzester Zeit plastisch und schmelzen weg.
Ziel der Erfindung ist es, ein leicht zu handhabendes Elektro-Handstück für die Kurzhubbewegung zu schaffen, welches die Bearbeitungsbandbreite der sogenannten Handfeilmaschinen, und zwar Feilen, Schleifen, Schaben, Gravieren, Honen, Läppen, Polierläppen und Polieren, bei Verwendung der für die einzelnen Verfahren erforderlichen Werkzeuge, feinfühlig überdeckt - und dazu durch eine sinnvolle Hubbegrenzung die den Ultraschallgeräten zugedachte Bearbeitung ermöglicht.
Die Ausführung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 das Elektro-Handstück für Kurzhubbewegung von der bedienenden Hand so umfasst, dass die feinfühlige Führung der Werkzeuge mit dem Zeigefinger mittels einer Fingerauflage und das Einschalten der Magnetspule durch Betätigung des Mikroschalterschaltknopfes mit dem Mittelfinger erfolgt.
Fig. 2 die rückwärtige Ansicht des Elektro-Handstückes für Kurzhubbewegung mit der von aussen zu bedienenden Stufendoppelscheibe für die Hubverstellung und die nichtbehindernde Lage des Stromzuführungskabels.
Fig. 3 einen Schnitt durch das Elektro-Handstück für Kurzhubbewegung mit den Funktionsteilen.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich besteht das Gehäuse des Elektro-Handstückes für Kurzhubbewegung aus zwei miteinander verschraubten Kunststoffhalbschalen 31; 32; 21; 22 von der Grösse eines Tennisballes, mit zwei gegenüberliegenden Abflachungen. An die beiden Gehäusehalbschalen 31; 32 sind in einer pistolenlaufähnlichen Anordnung Halbschalen 33; 34; 14 angegossen, die zur Aufnahme, Lagerung und Fixierung der Schubstangeneinrichtung 35; 312; 38; 37; 39; 310; 310 a; 328 dienen. Infolge dieser Gehäuseausbildung wird das Handstück von der bedienenden Hand Fig. 1 wie ein Tennisball umfasst, wobei der Zeigefinger an den pistolenlaufähnlich angeordneten Halbschalen 33; 34; 14 anliegt und so die drehbar gelagerte Fingerauflage 316; 116 mit den Gleitführungsflächen 317; 117 zur Führung der beidseitig abgeflachten Werkzeugaufnahme 312; 112 feinfühlig leiten kann.
Unterhalb der pistolenlaufähnlich angeordneten Halbschalen 33; 34; 14 wird der im Gehäuse 31; 11 eingebaute Mikroschalter 318 von dem Mittelfinger der umfassenden Hand zur Einschaltung des Elektro-Handstückes mit dem Druckknopf 319; 119 betätigt. Das Kabel 120 zur Stromzuführung ist im Freiraum der umfassenden Hand - nicht behindernd - unterhalb des Daumens in die eine Gehäusehälfte 31; 11 eingeführt.
Auf der Fig. 2 ist die rückwärtige Ansicht des Elektro-Handstückes für Kurzhubbewegung mit der mit von aussen zu bedienenden Stufendoppelscheibe 221; 232; 321; 332 für die Hubverstellung 327 und die nichtbehindernde Lage der Stromzuführung 220; 120 dargestellt.
Der Schnitt Fig. 3 zeigt den Einbau des Antriebselementes für die Kurzhubbewegung in dem Kunststoffgehäuse 31; eine mit Wechselstrom gespeiste Spule 322 mit einem E-Kern 324 und dem dazugehörigen am unteren Schenkel scharnierartig 325 pendelnd gelagerten I-Teil 326. In der Ausgangsposition 327 wird das I-Teil 326 von einer auf der Schubstange 35 angeordneten gegen die Kugellaufbüchse 38 gespannten Druckfeder 39 vom oberen Schenkel des E-Kernes 324 um einen einstellbaren Spalt 327 distanziert. Synchron mit der Netzfrequenz wird das I-Teil 326 durch den sinusförmigen Aufbau des Magnetfeldes angezogen und beim Polwechsel von der Druckfeder 39 in die Ausgangsposition 327 zurückgedrückt.
Diese Bewegung des I-Teiles 326 wird von der Schubstange 35, die am Betätigungsende isoliert 328 in einer Bohrung 329 durch den oberen E-Kernschenkel 324 gleitend gelagert ist, auf die in der Werkzeugaufnahme 312 fixierten Werkzeuge übertragen.
Die Lagerung des werkzeugaufnahmeseitigen Endes der Schubstange 35 ist als Kugelführung 37 ausgebildet, so dass eine spiel- und reibungsfreie Längs- und Drehbewegung gewährleistet und somit die Voraussetzung für ein feinfühliges Arbeiten gegeben ist. Die Aussengewinde tragende Lagerhülse 38 der Kugelführung 37 ist am vorderen Ende mit einem gerändelten Doppelbund 313; 314 versehen. Dessen Zwischenraum 315 dient zur Einrastung der drehbar gelagerten Fingerauflage 316; 116 mit den beiden Gleitführungsflächen 317; 117 zur feinfühligen Führung der am vorderen Ende der Schubstange 35 befindlichen Werkzeugaufnahme 312.
Das Aussengewinde der Lagerhülse 38 trägt eine gerändelte Überwurfmutter 311; 111, die nach dem Einschrauben in das zweiteilige Kunststoffgehäuse 13; 14; 34 letzteres zusammenhält und gleichzeitig als Kontermutter zur Fixierung der Lagerhülse 38 samt montierter Schubstange 35 dient.
Die auf der Schubstange 35 angeordnete Druckfeder 39 ist unter Spannung einerseits gegen die Lagerhülse 38 und andererseits gegen eine mit einem Seegerring 310 gesicherte Scheibe 310 a abgestützt. Die Einstellung der erforderlichen Federkraft zur Überwindung des Restmagnetismus, bei jedem Polwechsel, zwischen E-Kern 324 und I-Teil 326 geschieht durch Ein- bzw. Herausschrauben der Lagerhülse 38 in das zweiteilige Kunststoffgehäuse 13; 14; 34.
Die Hubverstellung der Schubstange 35 wird über die verstellbare Begrenzung der Ausgangsposition 327 des I-Teiles 326 erreicht.
Dazu dient eine in der einen Gehäusehalbschale 31; 11 verdeckt liegende Doppeldrehscheibe 321 - mit einer zu deren Lagerung dienenden Ausparung 330 - die auf der Anschlagseite des I-Teiles 326 als eine im Kreis angeordnete wendeltreppenähnliche Abstufung 331 ausgebildet ist. Die Bedienungsseite 332; 232 der Doppeldrehscheibe 321 ist zur Drehbewegung mit Kerben 333; 233 versehen und liegt in der ersten Gehäusehalbschale 32; 22 ebenfalls verdeckt. In der Gegengehäusehalbschale 21 ist sie durch eine Dreiecksaussparung 234 hindurch von aussen für die erforderliche Hubverstellung zugänglich. Für eine Anschlagdämpfung sorgt ein in das I-Stück 326 eingesetzter, gegen die im Kreis angeordnete wendeltreppenähnliche Abstufung 331 der Doppeldrehscheibe 321 stossender Puffer 335.
Die Werkzeugaufnahme 312 ist mit einer Axialbohrung 336 versehen, in welcher die Schäfte der Werkzeuge mit einer radial angeordneten Schraube 337; 137 festgeklemmt werden.
In many cases, surfaces in mold cavities have to be subjected to fine and ultra-fine machining. The areas of the roughness Rz in mu m are recorded on the DIN sheet 4766, which are achieved with the various separating processing methods. For finishing, the surfaces must have a starting roughness of at least 10 µm. In contrast, the fine machining requires initial roughness depths of approx. 2 µm. For controlled machine processing in mold making, an estimated 90% of the surfaces are not accessible for fine and fine machining. The processing takes place here with so-called hand-filing machines in short stroke by honing with sanding files of different grain sizes, and finally by lapping - polishing lapping and polishing.
Hand filing machines of various designs and drives have been used in industry for years. Examples include: the Diprofil hand-filing machines, the flex-poli hand-filing machines, both driven by a flexible shaft. Air-powered hand-filing machines are also used. The devices from SIG and BIAX may be mentioned as an example.
A third type of drive for linear short-stroke movements are electrical devices with AC-operated magnets in which the (oscillator) oscillating part is arranged in different ways. Such drives can be found, for example, in shavers, massage devices, water pumps, vacuum pumps, engraving devices and others.
The former machines are well suited for a large number of processing cases. The machines mentioned are not sensitive enough for the processing of surfaces in molds for the production of technical miniature parts - the need for which is constantly increasing.
The use of ultrasound devices offered itself as a compromise solution. However, their high number of vibrations of 20,000-28,000 hearts sets limits with regard to the stroke movement - which is hardly more than 24 µm - and thus also limits for the tools to be used. With metal-bonded diamond or borazon tools, cementite layers resulting from spark erosion can be removed on small and narrow surfaces, but further processing by lapping is hardly possible due to the short stroke. The 10 µm lapping grain seen as a spherical body with a circumference of 31.4 µm is hardly rotated about its own axis with a full stroke of 20-24 µm.
The result of this is that, for example in the case of ledeburitic steels, carbide crystal residues the size of just a few micrometers are shaken so much by the high number of vibrations that they crumble out of their bond. The resulting microcavities are widened in a crater shape during the subsequent polishing and give a pimple-like appearance.
Tools made of wood or fiber are used for polishing. However, their damping is so strong when using ultrasound devices that hardly any significant vibrations are transmitted. Thermoplastic materials, which are normally ideal for polishing lapping, quickly become plastic at the high ultrasonic frequencies and melt away.
The aim of the invention is to provide an easy-to-use electric handpiece for the short stroke movement, which covers the processing range of the so-called hand-filing machines, namely filing, grinding, scraping, engraving, honing, lapping, polishing lapping and polishing, when using them for the individual The tools required for the process, delicately covered - and this enables the processing intended for the ultrasound devices through a sensible stroke limitation.
The embodiment of the invention is explained with reference to the drawing.
It shows:
Fig. 1 comprises the electric handpiece for short stroke movement by the operating hand so that the sensitive guidance of the tools with the index finger by means of a finger rest and the switching on of the solenoid by pressing the microswitch switch button with the middle finger.
Fig. 2 shows the rear view of the electric handpiece for short-stroke movement with the step double disc to be operated from the outside for the stroke adjustment and the non-obstructive position of the power supply cable.
Fig. 3 shows a section through the electric handpiece for short stroke movement with the functional parts.
As can be seen from FIG. 1, the housing of the electric handpiece for short stroke movement consists of two plastic half-shells 31 screwed together; 32; 21; 22 the size of a tennis ball, with two opposing flats. At the two housing half-shells 31; 32 are half shells 33; 34; 14 cast on, which for receiving, storing and fixing the push rod device 35; 312; 38; 37; 39; 310; 310 a; 328 serve. As a result of this housing design, the handpiece is encompassed by the operating hand FIG. 1 like a tennis ball, the index finger on the half-shells 33; 34; 14 rests and so the rotatably mounted finger rest 316; 116 with the sliding guide surfaces 317; 117 for guiding the tool holder 312; 112 can lead sensitively.
Below the half-shells 33; 34; 14 is in the housing 31; 11 built-in microswitches 318 from the middle finger of the comprehensive hand for switching on the electric handpiece with the push button 319; 119 operated. The cable 120 for power supply is in the free space of the comprehensive hand - not a hindrance - below the thumb in the one housing half 31; 11 introduced.
2 shows the rear view of the electric handpiece for short-stroke movement with the step double disk 221 to be operated from the outside; 232; 321; 332 for the stroke adjustment 327 and the non-obstructive position of the power supply 220; 120 shown.
The section FIG. 3 shows the installation of the drive element for the short stroke movement in the plastic housing 31; an AC-fed coil 322 with an E-core 324 and the associated I-part 326, which is mounted in a hinge-like manner on the lower leg 325. In the starting position 327, the I-part 326 is arranged on the push rod 35 by a compression spring tensioned against the ball bushing 38 39 distanced from the upper leg of the E core 324 by an adjustable gap 327. In synchronism with the mains frequency, the I-part 326 is attracted by the sinusoidal structure of the magnetic field and is pressed back into the starting position 327 by the compression spring 39 when the pole is changed.
This movement of the I-part 326 is transmitted from the push rod 35, which is slidably insulated 328 at the actuating end in a bore 329 through the upper E-core leg 324, to the tools fixed in the tool holder 312.
The mounting of the end of the push rod 35 on the tool holder side is designed as a ball guide 37, so that a play-free and friction-free longitudinal and rotary movement is guaranteed, and the prerequisite for sensitive work is thus given. The outer thread bearing sleeve 38 of the ball guide 37 is at the front end with a knurled double collar 313; 314 provided. The space 315 serves to snap the rotatably mounted finger rest 316; 116 with the two sliding guide surfaces 317; 117 for sensitive guidance of the tool holder 312 located at the front end of the push rod 35.
The external thread of the bearing sleeve 38 carries a knurled union nut 311; 111, which after screwing into the two-part plastic housing 13; 14; 34 holds the latter together and simultaneously serves as a lock nut for fixing the bearing sleeve 38 together with the push rod 35.
The compression spring 39 arranged on the push rod 35 is supported under tension on the one hand against the bearing sleeve 38 and on the other hand against a disk 310 a secured with a circlip 310. The setting of the spring force required to overcome the residual magnetism, with each pole change, between the E-core 324 and the I-part 326 is done by screwing the bearing sleeve 38 into and out of the two-part plastic housing 13; 14; 34.
The stroke adjustment of the push rod 35 is achieved via the adjustable limitation of the starting position 327 of the I-part 326.
For this purpose, a housing half-shell 31; 11 concealed double turntable 321 - with a recess 330 serving to support it - which is formed on the stop side of the I-part 326 as a circular step-like step 331 arranged in a circle. The operating page 332; 232 of the double turntable 321 is for rotary movement with notches 333; 233 and is located in the first housing half-shell 32; 22 also covered. In the counter-housing half-shell 21, it is accessible from the outside through a triangular recess 234 for the necessary stroke adjustment. A buffer 335 inserted into the I-piece 326 and abutting against the circular spiral step-like gradation 331 of the double turntable 321 provides a stop damping.
The tool holder 312 is provided with an axial bore 336, in which the shanks of the tools with a radially arranged screw 337; 137 are clamped.