DE69616539T2

DE69616539T2 - Mit schleifmittel versehene bürste oder bürstenborsten

Info

Publication number: DE69616539T2
Application number: DE69616539T
Authority: DE
Inventors: W. Bange; Richard Ionta; E. Johnson; E. Liepa; J. Mann; M. Mevissen; M. Pihl; C. Roeker
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: HK1014848A1; DE69636678D1; KR19990008138A; EP1106102B1; KR100483104B1; JP2001502185A; EP0822768A1; AU5568496A; CN1187111A; WO1996033638A1; ATE343944T1; DE69616539D1; DE69636678T2; NO974971D0; BR9608221A; JP3976336B2; EP1106102A3; EP0822768B1; ES2275612T3; NO974971L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Schleifbüste mit mehreren mit einer Basis einstückig ausgebildeten Borsten und insbesondere eine Schleifbürste, die durch Spritzgießen eines Gemischs aus einem formbaren Polymer und Schleifteilchen hergestellt ist. Die Bürste kann organische oder anorganische Schleifteilchen enthalten. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Schleiffilamente, die eine thermoplastische Matrix mit darin dispergierten Kunststoffschleifteilchen umfassen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Es werden seit vielen Jahren Bürsten zum Polieren, Reinigen und Abreiben der verschiedensten Unterlagen verwendet. In der Regel weisen diese Bürstenprodukte mehrere Borsten auf, die die Unterlage berühren. Zur Verbesserung der Abriebeigenschaften können den Borsten Schleifteilchen hinzugefügt werden. Zur Herstellung einer herkömmlichen Schleifbürste mit Schleifteilchen enthaltenden Borsten sind viele Herstellungsschritte erforderlich. Man kann ein Gemisch aus Schleifteilchen und einem thermoplastischen Bindemittel kombinieren und dann zu einer Borste extrudieren. Dann wird die Borste auf die gewünschte Länge zugeschnitten, und mehrere dieser Borsten werden dann zur Bildung eines Bürstensegments mechanisch kombiniert. Als nächstes können mehrere dieser Bürstensegmente auf einer Nabe oder Platte installiert werden, so daß eine Bürste gebildet wird.
Ein Beispiel für eine solche Bürste wird im US- Patent Nr. 5,045,091 "Method of Making Rotary Brush With Removable Brush Elements", (Verfahren zur Herstellung einer rotierenden Bürste mit abnehmbaren Bürstenelementen) (Abrahamson et al.) offenbart. In Abrahamson et al. sind mehrere Schleifborsten mechanisch zusammengeklemmt, und zur Bildung eines Bürstensegments ist ein Wurzelsystem installiert. Auf einer rotierenden Nabe sind mehrere dieser Bürstensegmente installiert. Eine andere Anordnung zum mechanischen Montieren von Borsten auf einer Nabe zur Bildung eines Bürstensegments wird im US-Patent Nr. 5,233,719, "Apparatus and Brush Segment Arrangement for Finishing Wheel Brushes," (Vorrichtung und Bürstensegmentanordnung zur Endbearbeitung von Rundbürsten) (Young et al.) offenbart. Young et al. lehren ein Bürstensegment, das einen Träger mit einem mittels zum Beispiel eines Polymerharzes auf einer Seite des Trägers montierten Borstenteppich und einem sich von der gegenüberliegenden Seite des Trägers erstreckenden Wurzelsystem zum Eingriff mit einer rotierenden Nabe umfaßt. Das US-Patent Nr. 5,400,458 (Rambosek) lehrt ein Bürstensegment mit mehreren Borsten, die in einem Polymerbasisteil eingebettet sind. Ein Wurzelmittel zur Befestigung des Segments an einer Nabe kann integral mit der Basis geformt sein.
Das US-Patent Nr. 5,233,794, "Rotary Tool Made of Inorganic Fiber-Reinforced Plastic," (Rotierendes Werkzeug aus mit anorganischer Faser verstärktem Kunststoff) (Kikutani et al.), offenbart ein rotierendes Werkzeug 5 mit einer integral mit einer Welle 3 ausgebildeten rotierenden Spitze. Das rotierende Werkzeug besteht aus einem duroplastischen Harz, das anorganische lange Fasern mit einem hohen Härtegrad als Schleifmittel in einer Menge von 50 bis 81 Volumen-% enthält. Die langen anorganischen Fasern können einen Durchmesser von 3 um bis 30 um aufweisen. Bei einer der Ausführungsformen von Kikutani et al. ist die rotierende Spitze als eine Säule oder ein Zylinder mit Elementen 6 ausgebildet, die der sich von der Spitze erstreckenden Borste einer Bürste entsprechen, wie in Fig. 31 dargestellt.
Die US-Patente Nr. 5,152,917 und 5,304,223 (Pieper et al.) lehren beschichtete Schleifkörper, die mit einem Träger verbundene, genau geformte Schleifverbundwerkstoffe umfassen. Die Schleifverbundwerkstoffe umfassen ein Bindemittel und Schleifteilchen. Die genau geformten Verbundwerkstoffe können zum Beispiel in Form von Pyramiden, Sägezahnnuten oder linearen Nuten vorliegen. Der maximale Abstand zwischen entsprechenden Stellen an benachbarten Verbundwerkstofformen kann weniger als ein Millimeter betragen. Das beschichtete Schleifmittel von Pieper et al. kann zum Beispiel gemäß der folgenden allgemeinen Vorgehensweise hergestellt werden. Zunächst wird ein Schleifkörner und Bindemittel enthaltender Schlamm einem Produktionswerkzeug zugeführt. Dann wird ein Träger so der Außenfläche des Produktionswerkzeugs zugeführt, daß der Schlamm die Vorderseite des Trägers benetzt. Danach wird das Bindemittel zumindest teilweise ausgehärtet und das Produktionswerkzeug dann vom Träger entfernt.
Das US-Patent Nr. 5,316,812 (Stout et al.) lehrt einen thermoplastischen Träger zur Verwendung bei Schleifkörpern. Über ein Harzbindemittel sind Schleifteilchen an den thermoplastischen Träger geklebt.
Die US-Patente Nr. 5,174,795 und 5,232,470 (Wiand) lehren einen planaren Schleifkörper, der einen Flächenteil mit mehreren sich davon erstreckenden Vorsprüngen umfaßt. Schleifteilchen sind homogen über das den Körper bildende formbare Material dispergiert. Wiand lehrt eine Ausführungsform mit kurzen Erhebungen, die sich 2, 6 mm (0,063 Zoll) vom Träger erstrecken und einen Durchmesser von 3,2 mm (0,125 Zoll) aufweisen, und eine andere Ausführungsform mit kurzen Erhebungen, die sich 1,3 - 1,5 mm (0,05 - 0,06 Zoll) vom Träger erstrecken und einen Durchmesser von 1,3 mm (0,05 Zoll) aufweisen.
Die GB-Patentanmeldung Nr. 2,043,501 (Dawkins) offenbart einen Schleifkörper zum Polieren von ophthalmischen Werkstücken. Der Schleifkörper wird durch Spritzgießen eines Gemisches aus Schleifkörnern und einem thermoplastischen Bindemittel zur Bildung eines Schleifkörpers hergestellt, der einen flexiblen Träger mit mehreren hochstehenden Vorsprüngen umfaßt, deren Enden als Schleifwirkflächen wirken.
Das US-Patent 5,427,595 (Pihl et al.) offenbart ein extrudiertes Schleiffilament mit einer ersten länglichen Filamentkomponente, die über ihre Länge eine durchgehende Fläche aufweist und eine erste gehärtete organische Polymer- und eine zweite längliche Filamentkomponente aufweist, die mit der ersten länglichen Faserkomponente eine gemeinsame Grenze aufweist und ein zweites gehärtetes organisches Polymermaterial in Schmelzverklebungskontakt mit der ersten länglichen Filamentkomponente entlang der durchgehenden Fläche enthält. Das zweite gehärtete organische Polymermaterial kann das gleiche sein wie das erste gehärtete organische Polymermaterial oder sich davon unterscheiden. Das erste und/oder zweite gehärtete organische Polymermaterial enthält ein thermoplastisches Elastomer mit darin verklebten Schleifteilchen. Des weiteren wird ein Schleifkörper offenbart, der aus mindestens einem auf einer Unterlage, wie zum Beispiel einer Nabe, die zur Drehung mit einer hohen Drehzahl ausgeführt ist, angebrachten Schleiffilament besteht.
Das US-Patent Nr. 5,460,883 (Barber et al.) offenbart ein Verbundschleiffilament, das mindestens einen vorgeformten Kern enthält, der zumindest teilweise mit einem thermoplastischen Elastomer beschichtet ist, in dem Schleifteilchen dispergiert und verklebt sind, wobei das thermoplastische Elastomer und die Schleifteilchen zusammen eine gehärtete Zusammensetzung bilden. Das Verbundschleiffilament weist über zumindest einen Teil, vorzugsweise über die gesamte Fläche mindestens eines vorgeformten Kerns, eine gehärtete Zusammensetzung auf. Der vorgeformte Kern wird in einem von einem oder mehreren Beschichtungsschritten, von denen einer den vorgeformten Kern mit mit Schleifmittel gefülltem thermoplastischem Elastomer beschichtet, getrennten und vor diesen durchgeführten Schritt hergestellt.
Ende der 50b er Jahre wurden Filamente aus Polyamid, auch als "Nylon" bekannt, als synthetische Alternative zu Naturfilamenten entwickelt. Ungefähr zur gleichen Zeit wurde ein Extrusionsverfahren zur gleichmäßigen Dispersion von Schleifteilchen in einer Nylonmatrix, in Form eines Filaments entwickelt (US- Patente Nr. 3,522,342 und 3,947,169). Eine Übersicht über Polyamid-Schleiffilamente bietet Watts, J.H., "Abrasive Monofilaments - Critical Factors that Affect Brush Tool Performance", (Abrasive Monofilamente - kritische Faktoren, die die Bürstenwerkzeugleistung beeinflussen), Society of Manufacturing Engineers Technical Paper, 1988, eine schriftliche Version einer Darstellung des Autors auf der WESTEC-Konferenz, die vom 21. - 24. März 1988 abgehalten wurde. Die Verwendung herkömmlicher anorganischer Schleifteilchen mit solchen. Polyamid-Filamenten ist bekannt. Wie von Watts erläutert, werden bei Verschleiß der Filamente dieser Art neue Schleifteilchen freigelegt. Ein unter Verwendung mehrerer dieser Filamente hergestelltes Schleiffilament-Bürstenwerkzeug wird somit während des Gebrauchs regeneriert. Obwohl für viele Zwecke geeignet, weisen verschiedene Polyamide Eigenschaftsgrenzen auf, durch die ihre Verwendung für bestimmte Anwendungen von Schleiffilamenten weniger als optimal wird. Das US-Patent Nr. 5,427,595, Pihl et al., befaßt sich mit solchen Grenzen und beschreibt die Verwendung von thermoplastischen Elastomeren in Schleiffilamenten zur Reduzierung oder Überwindung solcher Grenzen. Die Filamente von Pihl et al. enthalten eine Kernkomponente und eine Hüllenkomponente, die coextrudiert sind. Der Kern und/oder die Hülle enthalten darin verklebte Schleifteilchen. Pihl et al. lehrt die Verwendung von herkömmlichen anorganischen Schleifteilchen, obgleich die Ansprüche von Pihl et al. auf keine besondere Schleifteilchenart begrenzt sind.
Das US-Patent Nr. 5,460,883, Barber, Jr., et al., befaßt sich auch mit den Grenzen von Polyamiden und beschreibt die Verwendung von thermoplastischen Elastomeren in Schleiffilamenten zur Reduzierung oder Überwindung solcher Grenzen. Die Filamente von Barber et al. enthalten eine vorgeformte Kernkomponente und eine auf den Kern aufgebrachte Hüllenkomponente zur Bildung eines Verbundfilaments. Die aufgebrachte Hülle enthält darin verklebte Schleifteilchen. Barber et al. lehrt die Verwendung von herkömmlichen anorganischen Schleifteilchen, obgleich die Ansprüche von Barber et al. auf keine besondere Schleifteilchenart begrenzt sind.
Bürsten mit Schleifborsten oder Schleiffilamenten werden seit vielen Jahren zum Polieren, Reinigen und Abreiben der verschiedensten Unterlagen verwendet. In der Regel weisen diese Bürstenprodukte mehrere Borsten oder Filamente auf, die die Unterlage berühren. Zur Verbesserung der Abriebeigenschaften können den Borsten Schleifteilchen hinzugefügt werden. Die Bürsten können wie folgt hergestellt werden. Man kann ein Gemisch aus Schleifteilchen und irgendeinem geeigneten thermoplastischen Bindemittel kombinieren und dann zu einer Borste oder einem Schleiffilament extrudieren. Dann wird das Schleiffilament auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Mehrere dieser Schleiffilamente werden dann zur Bildung eines Bürstensegments mechanisch kombiniert. Als nächstes können mehrere dieser Bürstensegmente auf einer Nabe oder Platte installiert werden, so daß eine Bürste gebildet wird.
Die oben beschriebenen in der Regel in Schleiffilamenten und Bürsten verwendeten Schleifteilchen sind auf anorganische Teilchen begrenzt worden, die zwangsweise eine große Härte, zum Beispiel über 7 und in der Regel über 9 auf der Mohs-Härteskala, aufweisen. Die Schleifteilchen weisen eine ausreichende Temperaturbeständigkeit auf, so daß sie durch den Herstellungsprozeß der Borste oder des Filaments nicht nachteilig beeinträchtigt werden. Solche Schleifteilchen werden in Schleiffilamenten und Bürsten zur Verfeinerung der Oberfläche eines Werkstücks verwendet. In einigen Fällen besteht diese Verfeinerung darin, Teile des Werkstückes zu entfernen. In arideren Fällen besteht diese Verfeinerung darin, unerwünschtes Material (z. B. Schmutzteilchen, Ölreste, Oxidschicht, Farbe usw.) von der Werkstückoberfläche zu entfernen. Bei einigen Anwendungen wird eine Entfernung dieses unerwünschten Materials ohne Entfernung oder Abrieb des darunterliegenden Werkstücks gewünscht. Jedoch können die Schleifteilchen in den Schleiffilamenten so "aggressiv" sein, daß die Schleiffilamente das unerwünschte Material zusammen mit der Werkstückoberfläche entfernen.
Die US-Patente Nr. 3,090,061 und 3,134,122 an Charvat offenbaren die Verwendung von Kunststoffperlen an harten Drahtborsten zur Aufrechterhaltung des gewünschten Abstands der Borsten bei Zusammenbau zu einer Bürste. Charvat lehrt, daß dies zur ordnungsgemäßen Beabstandung und Kontrolle der Borsten effektiv ist, um eine unangemessene Verdichtung der Bürstenfläche zu verhindern und eine gleiche Häufigkeit von Spitzenkontakten pro Bürstenflächenlänge zu gewährleisten. Die von Charvat gelehrte bevorzugte Bürstenborste ist ein Stahldraht mit einer Knoop-Härte von mindestens 600 und in einigen Fällen über 700 und sogar über 800. Des weiteren lehrt Charvat, daß das Borstenmaterial irgendeine geeignete Bürstenborste umfassen kann, einschließlich Nylon- und Glasfadenborsten, und daß die Perlen nicht mit Öffnungen versehene Körper an den Borsten sein müssen, sondern beabstandete Perlen und Erhebungen, die an den Borsten haften, die nicht unbedingt mit ihnen konzentrisch sind, sein können. Die Kunststoffperlen und -borsten sind mit einem dünnen Kunststoffüberzug versehen. Charvat lehrt nicht, daß das Kunststoffperlenabstandsstück oder der Kunststoffpuffer stattdessen als Schleifteilchen verwendet werden kann, und schlägt dies auch nicht vor. Vielmehr lehrt Charvat die Verwendung von Borstenmaterialien, die viel härter und abrasiver sind als die Kunststoffperlen, und schlägt des weiteren vor, herkömmliche anorganische Schleifteilchen in den Kunststoffperlen mit aufzunehmen. Charvat lehrt, daß der Kunststoffüberzug und die Kunststoffperlen während des Betriebs abgetragen werden und daß die vorragenden Borstenenden so ausgeführt sind, daß sie wie eine echte Büste auf das Werkstück einwirken.
Die US-A-3618154 offenbart in den Fig. 15 und 16 eine integral geformte Schleifbürste mit Schleiffilamenten, in denen Schleifteilchen dispergiert sind.
Hier wird ersichtlich, daß Bedarf an der Bereitstellung einer Schleifbürste besteht, die sich leicht und kostengünstig herstellen läßt und die geeignete Langlebigkeit und Abriebeigenschaften bietet. Des weiteren wird ersichtlich, daß Bedarf an der Bereitstellung eines Filaments besteht, das Schleifteilchen aufweist, die Fremdkörper von einer Werkstückoberfläche ohne Beschädigung der Werkstückoberfläche effizient entfernen oder die Werkstückoberfläche mit einer gewünschten feinen Oberflächenbeschaffenheit versehen können.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine integral geformte Schleifbürste zur Verwendung mit einem rotierenden Werkzeug mit einer Drehzahl von mindestens 1000 U/min bereit, wobei die Bürste folgendes umfaßt: eine Basis mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die Basis allgemein planar ist; mehrere sich von der ersten Seite der Basis, erstreckende Borsten mit einem Längenverhältnis von mindestens 2, wobei die Borsten mit der Basis integral geformt sind; und ein an der Basis vorgesehenes Befestigungsmittel zur Befestigung der Schleifbürste an einem Werkzeug, wobei die geformte Schleifbürste ein thermoplastisches elastomeres Material umfaßt und wobei die Borsten Schleifteilchen enthalten, mit denen das elastomere Material durchsetzt ist.
Das thermoplastische Elastomer kann Schleifteilchen enthalten, mit denen die gesamte Schleifbürste durchsetzt ist.
Die Borsten können ein Längenverhältnis von mindestens 5 aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Borsten ein Längenverhältnis von mindestens 7 auf. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weisen die Borsten ein Längenverhältnis von mindestens 10 auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Borsten ein Längenverhältnis von mindestens 20 auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Borsten jeweils eine Wurzel neben der Basis und eine Spitze gegenüber der Basis, und die Borsten laufen konisch so zu, daß sie an der Wurzel breiter sind als an der Spitze. Die Borsten können an einem ersten Teil neben der Wurzel konisch zulaufen und an einem zweiten Teil neben der Spitze eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Die Borsten können an der Übergangsstele von der Wurzel zur Basis einen Übergangsradius aufweisen.
Die Borsten können mit der Basis koplanar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Borsten radial vom Außenrand des Mittelteils. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Borsten um den Außenrand herum gleichmäßig winkelförmig verteilt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Befestigungsmittel einen integral mit der Basis geformten Gewindezapfen, der sich von der zweiten Seite der Basis erstreckt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Basis weiterhin einen Innenrand und das Befestigungsmittel eine integral mit der geformten Bürste geformte Wurzel, die sich von Innenrand erstreckt und einen Halsteil neben dem Innenrand und einen Basisteil vom Innenrand entfernt enthält, wobei der Basisteil breiter ist als der Halsteil. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Basis weiterhin einen Innenrand, und das Befestigungsmittel umfaßt eine im Innenrand ausgebildete Keilnut, die zum Eingriff mit einem in einem Antriebsmittel ausgebildeten entsprechenden Keil ausgebildet ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Basis weiterhin einen Innenrand, und der Innenrand und der Außenrand umfassen die Basis begrenzende konzentrische Kreise. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenrand zur Aufnahme einer Antriebswelle dadurch konfiguriert, und in der Basis ist weiterhin ein Befestigungsloch zur Aufnahme eines Verriegelungstabs dort hindurch ausgebildet.
Wenn die Basis einen Innenrand und einen Außenrand umfaßt, können der Innenrand und der Außenrand jeweils bogenförmige kreisförmige Segmente umfassen, deren Winkelgrößen gleich und nicht größer als 180º sind, wobei die Basis weiterhin einen ersten radialen Rand, der sich von einem ersten Ende des Innenrands zu einem ersten Ende des Außenrands erstreckt, und einen zweiten radialen Rand, der sich von einem zweiten Ende des Innenrands zu einem zweiten Ende des Außenrands erstreckt, umfaßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Winkelgröße 180º. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform beträgt die Winkelgröße 120º. Bei noch einer anderen Ausführungsform beträgt die Winkelgröße 90º.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Elastomer auf Polyesterbasis.
Bei jeder der obigen geformten Büsten kann das formbase Polymer vorzugsweise weiterhin ein Schmiermittel umfassen.
Gemäß einem Aspekt jeder der obigen Bürsten umfassen die Schleifteilchen anorganische Schleifteilchen. Gemäß einem anderen Aspekt umfassen die Schleifteilchen organische Schleifteilchen.
Bei jeder der obigen Bürsten kann die Basis vorzugsweise kreisförmig sein. Gemäß einem anderen Aspekt kann die Basis vorzugsweise polygonal sein.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden vier Hauptarten von Borsten, die Schleifteilchen enthalten, unterschieden. Bei der ersten Art ist die ganze thermoplastische Matrix fast gleichmäßig und vorzugsweise, gleichmäßig von Schleifteilchen durchsetzt. Bei dieser ersten Art führt dies zu einer im wesentlichen homogenen Schleifborste. Bei der zweiten, dritten und vierten Art umfaßt die Schleifborste eine Hülle und einen Kern. Bei der zweiten Art umfaßt die Hülle die thermoplastische Matrix, von der zumindest ein Teil ganz mit den Schleifteilchen durchsetzt ist. Der Kern kann entweder ein mit der Hülle coextrudiertes zweites thermoplastisches Material umfassen oder ein vorgeformter Kern sein, der mit der Hülle überzogen ist. Bei der dritten Art umfaßt der Kern die thermoplastische Matrix, von der zumindest ein Teil ganz mit den Schleifteilchen durchsetzt ist, und die Hülle umfaßt ein zweites thermoplastisches Material. Bei der vierten Art umfassen die Hülle und der Kern beide eine thermoplastische Matrix, von der zumindest ein Teil ganz mit Schleifteilchen durchsetzt ist. Bei diesen vier Ausführungsformen können sich die thermoplastische Matrix und/oder die Schleifteilchen zwischen der Hülle und dem Kern unterscheiden.
Der Begriff "durchsetzt" bedeutet, daß die Schleifteilchen in dem ganzen thermoplastischen Material, das das Filament bildet, eingebettet und angeordnet sind. Bei den Kern/Hülle-Ausführungsformen bedeutet "durchsetzt", daß die Schleifteilchen je nachdem in der ganzen thermoplastischen Matrix, die den Kern oder die Hülle oder beides bildet, eingebettet und angeordnet sind. Die Teilchen sind so eingebettet, daß sie im wesentlichen homogen, wenngleich auch nicht unbedingt absolut homogen verteilt sind. Während der Großteil der Teilchen vollständig in der thermoplastischen Matrix eingebettet ist, schließt dies darüber hinaus die Möglichkeit nicht aus, daß sich einige freiliegende Teilchen an der Oberfläche befinden, die teilweise aus der thermoplastischen Matrix vorragen.
Der Begriff "thermoplastische Matrix" bedeutet, daß das Material zu einem schmelzflüssigen Zustand erwärmt und anschließend zu einem festen Zustand abgekühlt werden kann. Bei der thermoplastischen Matrix kann es sich um irgendein thermoplastisches Elastomer handeln, wie hierin beschrieben.
Der Begriff "gehärtet" soll hier einen physikalischen Zustand der thermoplastischen Materialien bezeichnen, wenn die Temperatur des thermoplastischen Polymers oder thermoplastischen Elastomers unter der Schmelz- oder Zerfallstemperatur liegt. Der Begriff kann auch zur Beschreibung der Härte (Shore-D-Skala) des thermoplastischen Materials bei Raumtemperatur (das heißt ca. 10 bis ca. 40ºC) verwendet werden. Es wird bevorzugt, daß die Härte (Shore-D-Härtemesser) des bei der Erfindung verwendeten thermoplastischen Materials bei Raumtemperatur zumindest ca. 30, vorzugsweise von ca. 30 bis ca. 90 nach ASTM D790, beträgt. Der Begriff soll keine physikalische und/oder chemische Behandlung der thermoplastischen Matrix oder des Gemisches aus thermoplastischem Elastomer und Schleifteilchen zur Vergrößerung der Härte beinhalten.
Der Begriff "Schleifteilchen" bedeutet, daß getrennte Einheiten oder Teilchen in der thermoplastischen Matrix vorliegen. Der Begriff "Kunststoffschleifteilchen" bedeutet, daß die Schleifteilchen aus einem organischen Material hergestellt sind. Es wird bevorzugt, daß die Teilchen entweder aus duroplastischem oder thermoplastischem Polymer hergestellt sind. Zu Beispielen für solche Kunststoffschleifteilchen zählen Polypropylen, Polyester, Polycarbonat, Polystyrol, Methacrylat, Methylmethacrylat und Polyvinylchlorid. Zu noch weiteren Beispielen für Kunststoffschleifteilchen zählen vernetzte Polymere von Materialien auf Basis von Phenolverbindungen, Epoxid, Harnstoff-Formaldehyd, Acrylat und Melamin-Formaldehyd.
Unter "vorgeformter Kern" werden nach der hier vorliegenden Verwendung ein oder mehrere Kernelemente verstanden, das (die) in einem Schritt hergestellt wird (werden), der von einem oder mehreren Beschichtungsschritten, von denen einer den vorgeformten Kern mit einer thermoplastischen Hülle überzieht, getrennt ist und vor ihnen durchgeführt wird; mit anderen Worten, ein vorgeformter Kern wird nicht gleichzeitig mit der gehärteten Zusammensetzung hergestellt. Der Querschnitt des vorgeformten Kerns ist hinsichtlich der Form nicht begrenzt; jedoch hat sich herausgestellt, daß vorgeformte Kerne, die im wesentlichen runde oder rechteckige Querschnitte aufweisen, geeignet sind.
Der vorgeformte Kern erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Borste, obwohl dies nicht erforderlich ist. Es ist auch nicht erforderlich, daß der Querschnitt des vorgeformten Kerns den gleichen Querschnitt aufweist wie die Gesamtborste, und der vorgeformte Kern und die gehärtete Zusammensetzung können konzentrisch oder exzentrisch sein, wobei ein einziges oder mehrere Kernelemente möglich sind.
Der vorgeformte Kern kann aus einzelnen Endlosmetalldrähten, einer Vielzahl von einzelnen Endlosmetalldrähten, einer Vielzahl von nichtmetallischen Endlosfilamenten oder einem Gemisch aus letzteren beiden bestehen, vorausgesetzt, die Schmelztemperatur des vorgeformten Kerns ist so hoch, daß eine Beschichtung aus einer mit Schleifmittel gefüllten Thermoplastschmelze auf mindestens einen Teil des vorgeformten Kerns aufgebracht werden kann und die Thermoplastschmelze so schnell abgekühlt wird, daß der vorgeformte Kern weiterhin unversehrt bleibt.
Zu bevorzugten vorgeformten Kernen gehören ein- oder mehrsträngige Metallkerne, zum Beispiel unlegierte Stähle, rostfreie Stähle und Kupfer. Zu anderen bevorzugten Kernen zählen eine Vielzahl von nichtmetallischen Filamenten, zum Beispiel Glas, Keramik und synthetische organische Polymermaterialien, wie zum Beispiel Aramid, Polyamid, Polyester und Polyvinylalkohol.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen in den mehreren Ansichten gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszahlen versehen sind, weiter erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Schleifbürste;
Fig. 2 eine Draufsicht der Schleifbürste von Fig. 1;
Fig. 3 einen Aufriß der Schleifbürste von Fig. 1 im Betrieb;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Borste der Bürste von Fig. 1;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Borste der Bürste von Fig. 1;
Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Schleifbürste mit einem erfindungsgemäßen Verstärkungsmittel;
Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnelnde Ansicht eines erfindungsgemäßen alternativen Verstärkungsmittels;
Fig. 8 eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Schleifbürste;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Bürste von Fig. 8 entlang Ebene 9 - 9;
Fig. 10 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Bürstenanordnung mit mehreren auf einem Träger befestigten Schleifbürsten;
Fig. 11A - 11D Querschnittsansichten entlang der Ebene 11 - 11 der Bürstenanordnung von Fig. 10, die alternative Ausführungsformen von Mitteln zur Befestigung der Schleifbürsten auf dem Träger zeigen;
Fig. 12 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegments;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht des Bürstensegments von Fig. 12 entlang der Linie 13 - 13;
Fig. 14a eine isometrische Ansicht mehrerer Bürstensegmente von Fig. 12, die zur Bildung einer Bürstenanordnung auf einer Welle montiert sind;
Fig. 14b eine Fig. 14a ähnelnde Ansicht, wobei die einzelnen Bürstensegmente aneinander angrenzen;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegments;
Fig. 16 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegments;
Fig. 17 eine Endansicht mehrerer Bürstensegmente von Fig. 16, die auf einer Welle zusammenmontiert sind;
Fig. 18a - 18d Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der Borste des erfindungsgemäßen Bürstensegments entlang der Linie 18 - 18 von Fig. 12;
Fig. 19 eine Teilansicht des Bürstensegments von Fig. 12 im Betrieb;
Fig. 20 eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen radialen Schleifbürstensegments;
Fig. 21 eine Teildraufsicht eines auf einer Welle befestigten Bürstensegments, die eine alternative Ausführungsform eines Befestigungsmittels darstellt;
Fig. 22 eine Draufsicht eines Bürstensegments, die eine weitere Ausführungsform eines Befestigungsmittels darstellt;
Fig. 23 eine Querschnittsansicht eines Bürstensegments von Fig. 22 entlang der Linie 23 - 23;
Fig. 24 eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung und eines ersten Verfahrens zur Durchführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine Teilquerschnittsansicht eines Formwerkzeugs und einer Auswurfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 26 eine schematische Darstellung einer zweiten Vorrichtung und eines zweiten Verfahrens zur Durchführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 27 einen Aufriß des Formwerkzeugs von Fig. 26;
Fig. 28 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Formwerkzeugteile von Fig. 26 entlang der Linie 28 - 28 von Fig. 27;
Fig. 29 eine Fig. 28 ähnelnde Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Formwerkzeugteile von Fig. 28; und
Fig. 30 eine Schnittansicht entlang Linie 30 - 30 von Fig. 12, die eine alternative Ausführungsform des durch das Formwerkzeug von Fig. 29 hergestellten Bürstensegments darstellt;
Fig. 31 eine isometrische Ansicht eines bekannten rotierenden Werkzeugs;
Fig. 32 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleiffilaments;
Fig. 33 - 39 jeweils eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer jeweiligen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleiffilaments, bei dem ein Teil seiner Hülle weggelassen und somit der Kern zu sehen ist;
Fig. 40 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Bürstenwerkzeugs mit erfindungsgemäßen Filamenten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Auf die Fig. 1 und 2 Bezug nehmend, umfaßt eine erste Ausführungsform einer Schleifbürste 10 eine planare Basis 12 mit einer ersten Seite 14 und einer zweiten Seite 16. Mehrere Borsten 18 ragen aus der ersten Seite 14 der Basis 12 hervor. Zwischen den Borsten 18 sind Räume vorhanden, in denen die erste Seite 14 der Basis 12 freiliegt. Die Schleifbürste 10 ist vorzugsweise integral geformt und umfaßt eine allgemein homogene Zusammensetzung aus Schleifteilchen 26 in einem formbaren Polymer 28.
Die Materialien, der Herstellungsprozeß und die Bürstenkonfiguration hängen von der gewünschten Verfeinerungsanwendung ab. Der Begriff "verfeinern" soll hier mindestens eines von folgendem umfassen: einen Teil einer Werkstückoberfläche entfernen; ein Werkstück einer Feinschleifbearbeitung unterziehen; eine Oberfläche entzundern; eine Oberfläche entgraten; eine Werkstückoberfläche reinigen, einschließlich Farbe oder andere Beschichtungen, Dichtungsmaterial, Korrosion, Ölrückstand oder andere Fremdkörper oder Schmutzteilchen entfernen; oder irgendeine Kombination aus obigem. Bei einigen Anwendungen kann es bevorzugt sein, aggressive Schleifeigenschaften bereitzustellen, wobei dann das Bürstensegment Schleifteilchen, größere Schleifteilchen, härtere Schleifteilchen, ein größeres Schleifteilchen/Bindemittel-Verhältnis oder irgendeine Kombination aus obigem umfassen kann. Bei anderen Anwendungen kann es bevorzugt sein, die Oberfläche, die gerade verfeinert wird durch Polieren fertigzubearbeiten, oder eine Oberfläche zu reinigen, ohne das Oberflächenmaterial selbst zu entfernen, wobei dann das Bürstensegment möglicherweise keine Schleifteilchen, kleinere Schleifteilchen, weichere Schleifteilchen, ein kleineres Schleifteilchen/Bindemittel-Verhältnis oder irgendeine Kombination aus obigem verwendet. Es können Schleifteilchen 26 verschiedener Zusammensetzung und Härte eingesetzt werden, um die gewünschten Abriebeigenschaften zu erzielen.

Basis

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Basis 12 allgemein planar. Es liegt jedoch im Schutzbereich der Erfindung, eine konturierte oder gekrümmte Basis vorzusehen. Zum Beispiel kann die Basis 12 konvex, konkav oder konisch ausgebildet sein. Bei einer solchen Anordnung können die Borsten 18 eine gleichmäßige Länge aufweisen, wobei dann die Spitzen 22 der Borsten nicht koplanar sind, oder die Borsten können eine unterschiedliche Länge aufweisen, wobei dann die Spitzen koplanar sein können. Die Basis 12 kann wahlweise um ihren Umfang eine Lippe aufweisen, wo sich ein Teil der Basis radial über die am weitesten außen liegenden Borsten 18 erstreckt. Die Größe der Lippe ist vorzugsweise auf ein Minimum reduziert, so daß sie das Manövrieren der Schleifbürste 10 an Flächen, die die Werstückoberfläche begrenzen und in einem Winkel dazu verlaufen, nicht stört.
Bei einer in den Fig. 1 - 7 dargestellten bevorzugten Ausführungsform besteht die Basis 12 aus einem geeigneten Material und weist eine geeignete Dicke auf, um eine flexible Basis 12 zu bilden, was dazu beiträgt, mehr Borsten mit einem unebenen oder unregelmäßigen Werkstück in Kontakt zu halten. Die Basis 12 kann sich vorzugsweise um mindestens 10º, vorzugsweise um mindestens 20º und besonders bevorzugt um mindestens 45º biegen, ohne daß sie beschädigt oder im wesentlichen bleibend verformt wird. Der gewünschte Biegungsgrad hängt auch von der beabsichtigten Verfeinerungsanwendung und dem Material des Werkstücks ab. Die Fähigkeit der Verfeinerung eines unebenen oder unregelmäßigen Werkstücks wird erhöht, wenn die flexible Basis 12 mit flexiblen Borsten 18 kombiniert wird. Die Basis 12 kann vorzugsweise eine Dicke von ca. 1,0 bis 15,0 mm, besonders bevorzugt von ca. 1,5 bis 10 mm, ganz besonders bevorzugt von ca. 2,0 bis 6 mm und am stärksten bevorzugt von ca. 2,5 bis 4,0 mm aufweisen. Die Basis 12 ist vorzugsweise kreisförmig, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Durchmesser der Basis 12 beträgt vorzugsweise von 2,5 bis 20,0 cm (1,0 bis 8,0 Zoll), obgleich kleinere und größere Basen auch in Betracht kommen. Es kommen andere Basisformen als kreisförmige in Betracht, zum Beispiel ovale, rechteckige, quadratische, dreieckige, Rauten- und andere polygonale Formen, genauso wie relativ starre oder unflexible Basen.
Vorzugsweise ist die Basis 12 integral mit den Borsten 18 geformt, damit eine einstückig ausgebildete Schleifbürste bereitgestellt wird. Somit ist weder Klebstoff noch ein mechanisches Mittel erforderlich, um die Borsten 18 an der Basis 12 zu befestigen. Es wird bevorzugt, daß die Basis 12 und die Borsten 18 gleichzeitig geformt werden. In einigen Fällen kann ein einziges Gemisch aus Schleifteilchen 26 und formbarem Polymer 28 vorliegen, das in einem einzigen Einspritzvorgang in das Formwerkzeug eingebracht wird. Bei einer solchen Ausführungsform umfaßt die Schleifbürste 10 durchweg eine allgemein homogene Zusammensetzung. Jedoch könnte aufgrund des Formvorgangs die Schleifteilchen/Bindemittel-Mischung möglicherweise nicht vollkommen homogen sein. Beim Einspritzen der Polymer- und Schleifmittelmischung in das Formwerkzeug können zum Beispiel die Auswirkungen der schmalen Borstenhohlräume möglicherweise dazu führen, daß anfangs mehr Polymer neben der Innenseite des Borstenhohlraums in der Nähe der Basis abkühlt und somit eine Mischung mit einer etwas höheren Schleifteilchenkonzentration zur Spitze 22 der Borste drückt.
Als Alternative können zwei oder mehr Einbringungen eines formbaren Polymers 28 in das Formwerkzeug vorgesehen werden. Zum Beispiel kann eine Einbringung ein Gemisch aus formbarem Polymer 28 und Schleifteilchen 26 enthalten. Dieses Gemisch befindet sich in erster Linie in den Borsten 18. Eine zweite Einbringung kann formbares Polymer 28 ohne Schleifteilchen 26 oder mit weniger Schleifteilchen enthalten. Das formbare Polymer 28 ohne Schleifteilchen würde in erster Linie in der Basis 12 der Schleifbürste 10 vorliegen.
Des weiteren liegen auch zwei Einbringungen, die beide Schleifteilchen enthalten, im Schutzbereich der Erfindung. Die erste Einbringung kann größere Schleifteilchen enthalten, während die zweite Einbringung kleinere und/oder weichere Schleifteilchen enthalten kann. Beim Abrieb werden die groben Schleifteilchen und dann die feineren Schleifteilchen benutzt.

Borsten

Die Borsten 18 erstrecken sich von der ersten Seite 14 der Basis 12 mit der Wurzel 20 neben der Basis 12 und der Spitze 22 von der Basis 12 entfernt. Die Borsten 18 können eine beliebige Querschnittsfläche aufweisen, einschließlich einer kreisförmigen, sternförmigen, halbmondförmigen, viertelmondförmigen, ovalen, rechteckigen, quadratischen, dreieckigen, rautenförmigen oder polygonalen Gestalt, sind aber nicht darauf beschränkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Borsten 18 einen konstanten kreisförmigen Querschnitt über die Länge der Borste 18. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen weisen die Borsten 18 einen nicht konstanten oder variablen Querschnitt entlang der gesamten oder einem Teil der Länge der Borste auf.
Es werden konisch zulaufende Borsten bevorzugt, deren Querschnittsfläche in Richtung von der Basis 12 weg abnimmt. Konisch zulaufende Borsten 18 können einen beliebigen Querschnitt wie oben beschrieben aufweisen und haben vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt. Konisch zulaufende Borsten 18 sind bei der Herstellung der Schleifbürste tendenziell leichter aus dem Formwerkzeug zu entfernen als Borsten 18 mit konstanter Querschnittsfläche. Des weiteren unterliegen die Borsten 18 Biegespannungen, wenn die Schleifbürste 10 gegen ein Werkstück gedreht wird, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Biegespannungen sind an der Wurzel 20 der Borsten 18 am größten. Deshalb ist eine konisch zulaufende Borste, wie zum Beispiel die in den Fig. 4 und 5 dargestellte, besser in der Lage als eine zylindrische Borste 18, Biegespannungen zu widerstehen. Darüber hinaus enthält die Bürste 10 vorzugsweise einen Übergangsradius 24 am Übergang zwischen der Wurzel 20 der Borste 18 und der ersten Fläche 14 der Basis. Der Übergang 24 kann einen Radius von ca. 0,25 bis 2,5 mm (0,010 bis 0,100 Zoll) und vorzugsweise von ca. 0,5 bis 1,3 mm (0,020 bis 0,050 Zoll) aufweisen. Bei einer in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Borsten 18 konisch und weisen einen entlang ihrer gesamten Länge abnehmenden Durchmesser auf. Bei einer in Fig. 5 dargestellten anderen bevorzugten Ausführungsform weisen die Borsten 18 neben der Basis einen konisch zulaufenden Teil und über den Rest der Borste einen zylindrischen Teil auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Konizität von der Wurzel 20 zu ca. 80% der Länge zur Spitze 22, und über den Rest der Länge zur Spitze 22 ist die Borste zylindrisch. Die Konizität kann einen beliebigen geeigneten Winkel umfassen und beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform ungefähr 3º, wie bei Winkel a in den Fig. 4 und 5 gemessen.
Die Borsten 18 umfassen ein Längenverhältnis, das als die Länge der Borste 18 gemessen von der Wurzel 20 zur Spitze 22 geteilt durch die Breite der Borste gemessen wird. Bei einer konisch zulaufenden Borste wird die Breite zur Bestimmung des Längenverhältnisses als die Durchschnittsbreite entlang der Länge gemessen. Bei einem nichtkreisrunden Querschnitt wird die Breite als die längste Breite in einer gegebenen Ebene, wie zum Beispiel die Diagonale von Ecke zu Ecke eines quadratischen Querschnitts gemessen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 1 - 7 dargestellt ist, beträgt das Längenverhältnis der Borsten 18 vorzugsweise mindestens 1, besonders bevorzugt von ca. 4 bis 18 und ganz besonders bevorzugt von ca. 6 bis 16. Die Größe der Borsten 18 kann für die bestimmte Anwendung der Bürste 10 gewählt werden. Die Länge der Borsten 18 beträgt vorzugsweise von ca. 5 bis 80 mm, besonders bevorzugt von ca. 5 bis 50 mm, ganz besonders bevorzugt von ca. 5 bis 25 mm und am stärksten bevorzugt von ca. 10 bis 20 mm. Die Breite der Borsten 18 beträgt vorzugsweise von ca. 0,25 bis 10 mm, vorzugsweise von ca. 0,5 bis 5,0 mm, besonders bevorzugt von ca. 0,75 bis 3,0 mm und am stärksten bevorzugt von ca. 1,0 bis 2,0 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Borsten 18 die gleichen Abmessungen auf. Als Alternative dazu können die Borsten 18 auf einer einzigen Bürste 10 unterschiedliche Abmessungen aufweisen, wie zum Beispiel unterschiedliche Längen, Breiten oder Querschnittsflächen. Die Längen der Borsten 18 und die Kontur der Basis 12 sind vorzugsweise so gewählt, daß die Spitzen 22 allgemein koplanar sind, obgleich bei der vorliegende Erfindung auch andere Anordnungen in Betracht kommen.
Die Dichte und Anordnung der Borsten 18 kann für die bestimmte Anwendung der Schleifbürste 10 gewählt werden. Die Borsten 18 können in einem willkürlichen oder geordneten Muster auf der Basis 12 angeordnet sein. Wenn die Basis 12 kreisförmig ist, wird eine Anordnung der Borsten 18 in konzentrische, kreisförmige Ringe bevorzugt. Bei Drehung der Schleifbürste 10 zur Behandlung eines Werkstücks bewegen sich die Borsten in der Nähe der Mitte der Basis 12 mit einer geringeren linearen Geschwindigkeit als die Borsten 18 in der Nähe des Umfangs der Basis 12. Deshalb würden die Borsten 18 in oder in der Nähe der Mitte der Basis 12 weniger Arbeit verrichten als die von der Mitte entfernten Borsten 18. Demgemäß kann die Bürste 10 in der Mitte der Basis 12 einen Teil einer ersten Fläche 14 aufweisen, der keine Borsten 18 enthält, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Borsten 18 können gegebenenfalls nach Wunsch an benachbarte Borsten anstoßen. Die Dichte der Borsten 18 beträgt vorzugsweise von ca. 5 bis 30 Borsten/cm², besonders bevorzugt von ca. 10 bis 25 Borsten/cm², ganz besonders bevorzugt von ca. 15 bis 20 Borsten/cm² und am stärksten bevorzugt ca. 20 Borsten/cm². Die Borsten können möglicherweise nur über einen Teil der ersten Seite 14 der Basis 12 oder im wesentlichen über die gesamte erste Seite 14 der Basis 12 vorhanden sein.
Material, Länge und Konfiguration der Borsten werden vorzugsweise so gewählt, daß die Borsten 18 flexibel genug sind, daß sie die Verfeinerung unebener oder unregelmäßiger Werkstücke unterstützen können. Die Borsten 18 können sich vorzugsweise um mindestens 10º, besonders bevorzugt um mindestens 25º, ganz besonders bevorzugt um mindestens 45º und am stärksten bevorzugt um mindestens 90º ohne Beschädigung oder wesentliche bleibende Verformung der Borsten biegen. Vorzugsweise ist zur weiteren Unterstützung der Verfeinerung solcher Werkstücke auch die Basis 12 flexibel. Bei Verwendung flexibler Borsten berührt die Borste die Werkstückoberfläche an der Verbindungsstelle des Vorderrands der Spitze 22 und des am weitesten außen liegenden Teils der Seitenfläche der Borste, wie bei A in Fig. 3 dargestellt. Dies steht im Gegensatz zu unflexiblen Schleifvorsprüngen mit sehr kleinen Längenverhältnissen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Solche Vorsprünge berühren das Werkstück in erster Linie mit der gesamten planaren Fläche an der Spitze des Vorsprungs.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Borsten 18 gleich lang und erstrecken sich von einer planaren Basis 12, was dazu führt, daß die Spitzen 22 koplanar sind, wenn sich die Bürste im Ruhezustand befindet. Es sind auch Anordnungen von Basis 12 und Borste 18 möglich, bei denen die Spitzen 22 der Borsten nicht koplanar sind. Es können zum Beispiel in der Nähe des Umfangs der Basis längere Borsten vorgesehen werden als in der Mitte der Bürste 10. Dies kann dazu dienen, die durch die hohe Drehzahl (von zum Beispiel 22.000 U/min oder darüber) verursachte Verformung der Borsten auszugleichen. Unter solchen Bedingungen bewegen sich die Borsten in der Nähe des Umfangs der Basis 12 mit einer größeren Geschwindigkeit als die Borsten in der Nähe der Mitte der Basis und biegen sich somit in einem größeren Ausmaß radial nach außen als die Borsten in der Nähe der Mitte der Basis. Der Höhenunterschied im Ruhezustand kann so gewählt werden, daß unter Betriebsbedingungen ungefähr koplanare Borstenspitzen 22 erreicht werden.

Befestigungsmittel

Auf Fig. 1 Bezug nehmend, umfaßt die Schleifbürste 10 ein integral mit der Basis 12 ausgebildetes Befestigungsmittel 30. Das Befestigungsmittel 30 stellt ein Mittel zur Befestigung der Schleifbürste 10 an einem rotierenden Werkzeug und/oder einer Stützunterlage oder einem Stützteller im Gebrauch bereit. Es wird bevorzugt, daß das Befestigungsmittel 30 integral mit der Basis und den Borsten geformt ist. Bevorzugte Befestigungsmittel sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden in den US- Patenten Nr. 3,562,968; 3,667,170 und 3,270,467 beschrieben. Besonders bevorzugt ist der integral geformte Gewindezapfen, der zum Schraubeingriff mit einem rotierenden Werkzeug ausgeführt ist, wie durch das US-Patent Nr. 3,562,968 gelehrt. Diese Befestigungsmittelart wird für eine kreisförmige oder scheibenförmige Bürste 10 bevorzugt. Für eine ordnungsgemäße Drehung wird bevorzugt, daß das Befestigungsmittel 30 bezüglich der Basis 12 zentriert ist. Das Befestigungsmittel 30 kann aus dem gleichen Material bestehen wie der Rest der Schleifbürste 10 und kann Schleifteilchen 26 enthalten. Als Alternative dazu kann das Befestigungsmittel 30 durch eine getrennte Einspritzung von formbarem Polymer 28 ohne Schleifteilchen 26 hergestellt werden.
Des weiteren umfaßt der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Klett- Befestigung, wie zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 5,077,870, "Mushroom-Type Hook Strip for a Mechanical Fastenerp" (Band mit pilzförmigen Haken für einen mechanischen Befestiger) (Melbye et al.), beschrieben, oder jener Art, die als SCOTCHMATETM von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, im Handel erhältlich ist. Weiterhin kann ein Zwitter- Befestiger, wie zum Beispiel der DUAL LOCKTM-Befestiger, der von der, Minnesota Mining and Manufacturing Company erhältlich ist, zur Befestigung der Schleifbürste auf einem Stützteller verwendet werden. Es ist auch möglich, ineinander eingreifende strukturierte Flächen zu verwenden, wie im US-Patent Nr. 4,875,259, "Intermeshing Articles" (Ineinander eingreifende Artikel) (Appeldorn) gelehrt. Als Alternative dazu kann die Basis der Schleifbürste ein oder mehrere gerade oder mit Gewinde versehene Löcher oder Öffnungen aufweisen, so daß die Schleifbürste auf dem Stützteller (zum Beispiel mit einer Schraube und einer Mutter) mechanisch befestigt werden kann.

Verstärkungsmittel

Weiterhin kann der Basisteil ein Verstärkungsmittel umfassen, das ein Faserverstärkungsmittel 40a sein kann, wie in Fig. 6 dargestellt. Das Verstärkungsmittel 40a kann zum Beispiel Textilstoff, Vliesstoffbahnen, Netz, Mull und dergleichen oder Einzelfasern, die dem formbaren Polymer beigemischt und in der ganzen Schleifbürste dispergiert sind, umfassen. Wahlweise kann das Verstärkungsmittel einer Behandlung zur Änderung seiner physikalischen Eigenschaften unterzogen werden. Der Zweck des Verstärkungsmittels ist die Erhöhung der Biegefestigkeit und Zugfestigkeit des Trägers. Zu Beispielen für Verstärkungsfasern, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, zählen Glasfasern, Metallfasern, Kohlenstoff-Fasern, Maschendraht, Mineralfasern, aus wärmebeständigen organischen. Stoffen hergestellte Fasern oder Fasern aus keramischen Materialien. Zu anderen organischen Fasern zählen Polyvinylalkoholfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern und Phenolfasern. Bei Verwendung von Glasfasern kann das formbare Polymergemisch vorzugsweise einen Haftvermittler, wie zum Beispiel einen Silan-Haftvermittler, enthalten, um die Adhäsion an dem thermoplastischen Material zu verbessern. Die Faserlänge beträgt von ca. 0,5 mm bis ca. 50 mm, vorzugsweise ca. 1 mm bis ca. 25 mm und besonders bevorzugt ca. 2,5 mm bis ca. 10 mm. Der Fasertiter beträgt zwischen ca. 25 und 300 Denier, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Denier.
Das Verstärkungsmittel kann eine Verstärkungsschicht oder -unterlage 40b umfassen, wie in Fig. 7 dargestellt. Die Schleifbürste 10 umfaßt eine Basis 12, an der auf der zweiten Seite 16 eine Verstärkungsunterlage 40b befestigt ist. Der Zweck der Verstärkungsunterlage 40b besteht in der Erhöhung der Festigkeit der Basis 12. Die Verstärkungsunterlage 40b braucht keine Schleifteilchen 26 zu enthalten. Es müssen keine Schleifteilchen in dieser Schicht enthalten sein, da die Verstärkungsunterlage 40b das Werkstück nicht berührt. Die Verstärkungsunterlage kann ein formbares Polymer umfassen. In diesem Fall kann die Verstärkungsunterlage gleichzeitig mit der Schleifbürste 10 geformt werden. Als Alternative dazu kann die Verstärkungsunterlage 40b ein Trägermaterial, wie zum Beispiel Polymerfolie, grundierte Polymerfolie, Tuch, Papier, Vulkanfiber, eine Vliesstoffschicht und behandelte Varianten davon, sein in diesem Fall kann die Verstärkungsunterlage 40b in das Formwerkzeug eingebracht werden, und das die Bürste 10 bildende formbare Polymer 28 kann sich mit der Verstärkungsunterlage 40b verbinden. Als Alternative dazu kann die Verstärkungsunterlage 40b nach dem Formen der Bürste 10 mit dieser verklebt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verstärkungsunterlage 40b die gleiche Ausdehnung wie die Basis 12 auf, obwohl sie nach Wunsch kleiner oder größer sein kann.
Nunmehr auf die Fig. 8 und 9 Bezug nehmend, ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen geformten Schleifbürste 110 zu sehen. Die Schleifbürste 110 umfaßt eine planare Basis 112, die, wie gezeigt, ein allgemein keilförmiges Vieleck ist. Die Basis 112 weist eine erste Seite 114 und eine zweite Seite 116 auf, die einander gegenüberliegen. Von der ersten, Seite 114 erstrecken sich mehrere Borsten 118. Die Borsten 118 können konisch zulaufend sein, so daß über die, gesamte Länge der Borsten 118 oder über einen Teil davon ihre Wurzel 120 breiter ist als ihre Spitze 122, wie oben anhand der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 beschrieben.
Obwohl die Schleifbürste 110 zur zweckmäßigen Verwendung mit rotierenden Fußbodenmaschinen, die gemeinhin bei Fußbodenbehandlungsvorgängen verwendet werden, konfiguriert ist, ist ihre Brauchbarkeit nicht darauf beschränkt. Wie in Fig. 10 zu sehen, können mehrere Schleifbürsten 110 auf einem geeigneten Träger 140 zur Bildung der Anordnung 150 angebracht sein. Zu geeigneten Trägern 140 zählen jene, die von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, als INSTA LOKTM-Antriebsanordnung im Handel erhältlich sind und so modifiziert worden sind, daß Schleifbürsten 110 daran montiert sind, wie unten beschrieben. Der Träger 140 kann an rotierenden Fußbodenmaschinen befestigt sein, wie im Stand der Technik zur Verfeinerung einer Fußbodenfläche bekannt ist.
Vorzugsweise sind die Schleifbürsten 110 allgemein keilförmig und so auf dem Träger 140 angeordnet, daß sie Lücken dazwischen aufweisen, wo die erste Fläche 142 des Trägers 140 keine Borsten 118 aufweist. Die Schleifbürsten 110 können vorzugsweise in einem im wesentlichen gleichen Winkelabstand um den Träger 140 herum angeordnet sein. Die segmentierte Anordnung der Borsten 118 und Schleifbürsten 110 auf dem Träger 140 in Kombination mit den allgemein parallelen Borsten 118 erzeugt eine Reihe von "Rändern", die es den Borsten 118 gestatten können, Aussparungen in einer unebenen Oberfläche zu erreichen, wodurch ein höherer Behandlungswirkungsgrad erzielt wird als bei einer ähnlichen Bürstenanordnung ohne segmentierte Behandlungsfläche. Des weiteren unterstützt die segmentierte Anordnung eine verminderte Ansammlung von Material in den Borsten 118. Die offenen Bereiche zwischen den Bürsten 110 sorgen für Platz, in dem sich das Material ansammeln kann, und verlängern deshalb die Lebensdauer der Schleifbürste 110. Die Lücken reduzieren auch die Anzahl der Borsten 118 auf einem gegebenen Träger 140, was im Betrieb zu einem erhöhten Druck auf die verbleibenden Borsten 118 führt. Die verbleibenden Borsten 118 müssen jeweils eine größere Kraft aufnehmen, und die sich ergebende Druckerhöhung an den Spitzen 122 der Borsten 118 hilft weiter bei der Verbesserung des Behandlungswirkungsgrads der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung. Als Alternative dazu können die Bürsten 110 so angeordnet werden, daß sie eine durchgehende Anordnung von Borsten 118 auf dem Träger 140 bilden. Oder es kann eine einzige Bürste 110 mit einem kreisförmigen Träger 112 vorgesehen sein, der der Größe des Trägers 140 allgemein entspricht.
Die Schleifbürste 110 kann ein beliebiges der formbaren Polymere 128, Additive und Schleifteilchen 126, wie hier beschrieben, umfassen. Die Schleifbürste 110 braucht keine Schleifteilchen 126 zu enthalten. Bei Anwendungen, wie zum Beispiel Bodenwischen und - polieren umfaßt ein geeignetes formbares Polymer 128 TPE auf Polyesterbasis, wie zum Beispiel im Handel als HytrelTM 5526 von E.I. Du Pont de Nemours, Wilmington Delaware erhältlich, und 30 Gew.-% Siliziumkarbid, Klasse 120, als Schleifteilchen 126.
Es können mehrere gleiche Schleifbürsten 110 an einer Anordnung 150 eingesetzt werden. Als Alternative dazu können sich die Schleifbürsten 110 innerhalb einer einzigen Anordnung 150 unterscheiden. Zum Beispiel können Schleifbürsten 110, die sich bezüglich formbarem Polymer 128, Schleifteilchen 126, Länge oder Anordnung von Borsten 118 oder eines anderen Parameters unterscheiden, eingesetzt werden. Des weiteren können Borsten 118 mit unterschiedlichen Höhen innerhalb einer einzigen Schleifbürste 110 eingesetzt werden.
Schleifbürsten 110 können dauerhaft oder lösbar am Träger 140 befestigt sein. Wie in Fig. 11A zu sehen, kann die zweite Seite 116 der Bürste 110 über eine Klebeschicht 130 mit der ersten Seite 142 des Trägers 140 verbunden sein. Der Klebstoff 130 kann einen beliebigen geeigneten Klebstoff umfassen, einschließlich Haftkleber und wärmeaktivierbare Klebstoffe. Als Alternative dazu können die Materialien für die Schleifbürste 110 und den Träger 140 so gewählt werden, daß sie eine Befestigung durch Ultraschallschweißen gestatten.
Die Schleifbürste 110 kann mittels Schrauben, Bolzen, Nieten, Klemmen und dergleichen mechanisch am Träger 140 befestigt werden. Es kann auch eine Befestigungsschicht 130a auf der ersten Seite 142 des Trägers 140 und eine komplementäre Befestigungsschicht 132a auf der zweiten Seite 116 der Schleifbürste 110 eingesetzt werden, wie in Fig. 11B schematisch dargestellt ist. Die Befestigungsschichten 130a und 132a können ein Klettverschlußsystem umfassen, wie zum Beispiel das im US-Patent Nr. 5,077,870 "Mushroom-Type Hook Strip for a Mechanical Fastener," (Band mit pilzförmigen Haken für einen mechanischen Befestiger) (Melbye et al.), beschrieben, oder jener Art, die als SCOTCHMATETM von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, im Handel erhältlich ist. Weiterhin kann auch ein Zwitter-Befestiger, wie zum Beispiel der DUAL LOCKTM-Befestiger, der von der Minnesota Mining and Manufacturing Company erhältlich ist, zur Befestigung der Schleifbürste an einem Stützteller verwendet werden. Es ist auch möglich, ineinander eingreifende strukturierte Flächen zu verwenden, wie im US-Patent Nr. 4,875,259, "Intermeshing Articles" (Ineinander eingreifende Artikel) (Appeldorn) gelehrt.
Die Schleifbürste 110 kann über einen integral geformten Zapfen 130b, der sich, wie in Fig. 11C dargestellt, von der zweiten Seite 116 des Trägers 112 erstreckt, lösbar an dem Träger 140 befestigt sein. Der Zapfen 130b ist so bemessen und konfiguriert, daß er lösbar in das Loch 130b im Träger 140 eingreift und die zweite Seite 144 des Trägers 140 in Eingriff nehmen kann. Als Alternative dazu kann der Träger 140 Schlitze 130c umfassen, in die die Schienen 132c im Träger 112 der Bürste 110 gleitend eingreifen, wie in Fig. 11D dargestellt.
Auf die Fig. 12 und 13 Bezug nehmend, ist eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen geformten Schleifbürste zu sehen. Die Begriffe "Schleifbürste" und "Schleifbürstensegment" werden zur Bezugnahme auf diese Ausführungsform austauschbar verwendet. Wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt, umfaßt das Schleifbürstensegment 10 eine Basis oder einen Mittelteil 12 mit einem Außenrand 14 und einem Innenrand 16. Mehrere Borsten 18 ragen, an den Borstenwurzeln 20 beginnend und an den Borstenspitzen 22 endend, vom Außenrand 14 nach außen. Zwischen den Borstenwurzeln 20 können Räume vorhanden sein, in denen der Außenrand 14 der Basis oder des Mittelteils 12 freiliegt. Als Alternative dazu können benachbarte Borsten an den Wurzeln 20 aneinander angrenzen. Das Bürstensegment 10 ist integral so geformt, daß die Borsten 18 und der Mittelteil 12 bezüglich einander durchgehend sind. Das Bürstensegment 10 ist vorzugsweise ein Schleifbürstensegment, das eine allgemein homogene Zusammensetzung von Schleifteilchen 26 in einem formbaren Polymer 28 umfaßt.
Wie in Fig. 14a dargestellt, können mehrere Bürstensegmente 10 zur Bildung einer Bürstenanordnung 100 auf einer Hauptwelle 101 montiert sein. Es kann eine beliebige Anzahl von Segmenten 10 zur Bereitstellung einer Anordnung 100 beliebiger gewünschter Breite zusammenmontiert sein. Vorzugsweise sind die Bürstensegmente 10 einander benachbart, so daß im wesentlichen kein Raum zwischen den Bürstensegmenten vorhanden ist, wie in Fig. 14b gezeigt. Als Alternative dazu können die Bürstensegmente 10 so auf der Welle 101 montiert sein, daß zwischen benachbarten Bürstensegmenten ein Raum vorhanden ist, wie in Fig. 14a gezeigt. Es können zum Beispiel 5 bis 10.000 Bürstensegmente 10 zur Bildung der Anordnung 100 zusammenmontiert sein, obgleich nach Wunsch auch mehr oder weniger, verwendet werden können. Es kann ein Mittel zur Bereitstellung eines Segment/Segment- Eingriffs enthalten sein, um eine Drehung benachbarter Bürstensegmente bezüglich einander zu reduzieren oder zu beseitigen. Zu solchen Eingriffsmitteln zählen zum Beispiel ein ineinandergreifendes Sägezahnmuster oder ein Loch-und-Buckel-Muster auf den Oberflächen des Mittelteils 12. Zweckmäßigerweise kann diese Ausführungsform als "Bürstensegment" bezeichnet werden, wenn sie, mit anderen Segmenten zu einer Bürstenanordnung kombiniert werden soll. Jedoch versteht sich, daß der Begriff "Bürstensegment" keine Ausführungsformen ausschließen soll, die selbst und ohne Kombination mit anderen Bürstensegmenten verwendet werden, und der Begriff "Bürste" kann auch zur Bezeichnung eines Bürstensegments verwendet werden.

Mittelteil

Der Begriff "Mittelteil" wird der Zweckmäßigkeit halber bezüglich Ausführungsformen von Bürsten, bei denen sich die Borsten allgemein radial nach außen erstrecken, wie in den Fig. 12 - 22 dargestellt, allgemein verwendet. Der Begriff "Basis" wird der Zweckmäßigkeit halber bezüglich Ausführungsformen von Bürsten, bei denen sich die Borsten allgemein senkrecht zur Basis erstrecken, wie in den Fig. 1 - 11 dargestellt, allgemein verwendet. Es versteht sich jedoch, daß die Begriffe "Basis" und "Mittelteil" nicht dadurch beschränkt werden und durchweg austauschbar verwendet werden können. Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform ist der Mittelteil oder die Basis 12 ein allgemein planares, durchgehendes Umfangsteil. Des weiteren umfaßt der Schutzbereich der Erfindung einen konturierten oder gekrümmten Mittelteil. Der Mittelteil 12 kann zum Beispiel konvexer, konkaver oder konischer Form sein. Wie in Fig. 15 dargestellt, ist der Mittelteil 12a konisch, wobei sich die Borsten 18 parallel zu der durch den Mittelteil definierten konischen Fläche erstrecken.
Das Bürstensegment 10 kann am Mittelteil 12 wahlweise ein Befestigungsmittel, wie zum Beispiel einen Kanal, eine Keilnut oder eine Wurzel, zur mechanischen Verbindung mehrerer Bürstensegmente miteinander an einem Antriebsmittel zur Bildung einer Bürstenanordnung aufweisen. Wie in Fig. 12 dargestellt, enthält der Mittelteil 12 zwei Befestigungslöcher 19, durch die ein Verriegelungsstab eingesetzt werden kann. Eine Bürstenanordnung 100 mit zwei durch die Löcher 19 eingesetzten Verriegelungsstäben 102 wird in Fig. 14a dargestellt. Dann können die Welle 101 und die Verriegelungsstäbe 102 an einem geeigneten Drehantriebsmittel befestigt werden.
Bei den in den Fig. 12 - 21 dargestellten Ausführungsformen kann der Mittelteil 12 vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,5 bis 25 mm, vorzugsweise von ca. 1,0 bis 10 mm, besonders bevorzugt von ca. 1,5 bis 6 nun und am stärksten bevorzugt von ca. 1,5 bis 3 mm, aufweisen. Der Mittelteil 12 ist vorzugsweise kreisförmig, wie in Fig. 12 dargestellt. Der Durchmesser des Außenrands 14 des Mittelteils 12 beträgt vorzugsweise von ca. 2,5 bis 61,0 cm (1,0 bis 24,0 Zoll), obgleich kleinere und größere Mittelteile auch im Schutzbereich der Erfindung liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht des Mittelteil 12 aus einem geeigneten Material und weist eine geeignete Dicke auf, um ein flexibles Mittelteil 12 bereitzustellen, das das Halten von mehr Borsten in Kontakt mit einem unebenen oder unregelmäßigen Werkstück unterstützt. Der Mittelteil 12 kann sich vorzugsweise um mindestens 10º, vorzugsweise um mindestens 20º und besonders bevorzugt um mindestens 450 ohne Beschädigung oder wesentliche bleibende Verformung des Mittelteils biegen. Andere Mittelteilformen als die kreisförmige liegen auch im Schutzbereich der Erfindung, einschließlich - aber nicht beschränkt auf - ovale, rechteckige, quadratische, dreieckige, Rauten- und andere polygonale Formen, genauso wie relativ starre oder unflexible Mittelteile.
Der Mittelteil 12b kann auch ein Ringsektor sein, wie in Fig. 16 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Mittelteil 12b auf jeder Seite durch radiale Ränder 13 und 15 begrenzt. Vorzugsweise weist der Ringsektor eine Winkelbreite auf, die den Zusammenbau einer ganzzahligen Anzahl von Ringsektoren zu einem Umfangsbürstensegment gestattet. Beispielsweise lassen sich vier 90º-Ringsektoren 10b leicht zu einem 360º-Umfangsbürstensegment anordnen, wie in Fig. 17 dargestellt.
Vorzugsweise ist der Mittelteil 12 integral mit den Borsten 18 geformt, so daß ein einstückiges Bürstensegment gebildet wird. Somit wird weder ein Klebstoff noch ein mechanisches Mittel benötigt, um die Borsten 18 am Mittelteil 12 zu befestigen. Es wird bevorzugt, daß das Mittelteil 12 und die Borsten 18 gleichzeitig geformt werden. Zur Herstellung eines Schleifbürstensegments kann ein einziges Gemisch aus Schleifteilchen 26 und formbarem Polymer 28 vorliegen, das in einem einzigen Einspritzvorgang in das Formwerkzeug eingebracht wird. Bei einer solchen Ausführungsform umfaßt das Schleifbürstensegment durchweg eine allgemein homogene Zusammensetzung. Jedoch könnte aufgrund des Formvorgangs die Schleifteilchen/Bindemittel-Mischung möglicherweise nicht vollkommen homogen sein. Beim Einspritzen der Polymer- und Schleifmittelmischung in das Formwerkzeug zum Beispiel können die schmalen Borstenhohlräume möglicherweise dazu führen, daß anfangs mehr Polymer neben der Innenseite des Borstenhohlraums in der Nähe der Basis abkühlt und somit eine Mischung mit einer etwas höheren Schleifteilchenkonzentration zur Spitze 22 der Borste drückt.
Als Alternative können zwei oder mehr Einbringungen eines formbaren Polymers 28 in das Formwerkzeug vorgesehen werden. Zum Beispiel kann eine Einbringung ein Gemisch aus formbarem Polymer 28 und Schleifteilchen 26 enthalten, das sich in erster Linie in den Borsten 18 befindet. Eine zweite Einbringung kann formbares Polymer 28 ohne Schleifteilchen 26 oder mit weniger oder einer anderen Art von Schleifteilchen enthalten, das sich in erster Linie im Mittelteil 12 des Bürstensegments 10 befindet. Des weiteren liegen auch zwei Einbringungen, die beide Schleifteilchen enthalten, im Schutzbereich der Erfindung. Die erste Einbringung kann Schleifteilchen mit bestimmter Größe, aus bestimmtem Material und/oder mit bestimmter Härte enthalten, während die zweite Einbringung andere Schleifteilchen enthalten kann. Beim Abrieb werden zuerst die sich näher an der Spitze 22 befindenden Schleifteilchen und dann die sich näher an der Wurzel 20 befindenden Schleifteilchen benutzt.

Borsten

Die Borsten 18 erstrecken sich vom Außenrand 14 des Mittelteils 12, an der Wurzel 20 beginnend und an den Spitzen 22 vom Mittelteil 12 entfernt endend. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Borsten 18 radial vom Außenrand 14 des Mittelteils 12 und sind mit dem Mittelteil 12 koplanar. Für leichteres Formen (unten ausführlicher beschrieben) wird bevorzugt, daß eine einzige Reihe von Borsten 18 um den Außenrand 14 herum angeordnet wird. Als Alternative dazu kann eine Doppelreihe von Borsten ausgebildet sein, wie in Fig. 30 dargestellt. Die Borsten 18 erstrecken sich vorzugsweise vom Außenrand 14 des Mittelteils 12 in einer parallel zur Ebene des Mittelteils 12 verlaufenden Ebene, unabhängig davon, ob der Mittelteil 12 planar ist, wie in Fig. 13 dargestellt, oder konisch, wie in Fig. 15 dargestellt.
Als Alternative dazu können sich die Borsten 18 vom Außenrand 14 des Mittelteils 12 in einem schrägen Winkel zur Ebene des Mittelteils erstrecken.
Die Borsten 18 können eine beliebige Querschnittsfläche aufweisen, einschließlich einer kreisförmigen, sternförmigen, halbmondförmigen, viertelmondförmigen, ovalen, rechteckigen, quadratischen, dreieckigen, rautenförmigen oder anderen polygonalen Gestalt, sind aber nicht darauf beschränkt. Einige beispiel hafte Querschnitte sind in Fig. 18a bis 18d dargestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Borsten 18 einen konstanten Querschnitt über die Länge der Borste 18. Bei anderen Ausführungsformen weisen die Borsten 18 einen nicht konstanten oder variablen Querschnitt entlang der Länge der Borste auf.
Die Borsten 18 können konisch zulaufend sein, so daß die Borstenquerschnittsfläche in Richtung von der Wurzel 20 zur Spitze 22 abnimmt. Konisch zulaufende Borsten 18 können einen beliebigen Querschnitt wie oben beschrieben aufweisen. Die Borsten 18 unterliegen beim Drehen des Bürstensegments 10 gegen ein Werkstück Biegespannungen, wie in Fig. 19 dargestellt. Diese Biegespannungen sind an der Wurzel 20 der Borsten 18 (am Außenrand 14) am größten. Deshalb kann eine konisch zulaufende Borste Biegespannungen besser widerstehen als eine Borste mit konstanter Querschnittsfläche. Die Borsten 18 können entlang der gesamten Länge eine Konizität aufweisen oder einen konisch zulaufenden Teil neben der Wurzel 20 und eine konstante Querschnittsfläche für den Rest der Borste aufweisen. Die Konizität kann einen beliebigen geeigneten Winkel umfassen. Des weiteren kann das Bürstensegment 10 einen Übergangsradius am Übergang zwischen der Wurzel 20 der Borste 18 und dem Außenrand 14 des Mittelteils 12 aufweisen.
Die Borsten 18 umfassen ein Längenverhältnis, das als die Länge der Borste 18 gemessen von der äußeren Wurzel 20 zur Spitze 22 geteilt durch die Breite der Borste gemessen wird. Bei einer konisch zulaufenden Borste wird die Breite zur Bestimmung des Längenverhältnisses als die Durchschnittsbreite entlang der Länge gemessen. Bei einem nichtkreisrunden Querschnitt wird die Breite als die längste Breite in einer gegebenen Ebene, wie zum Beispiel die Diagonale von Ecke zu Ecke eines quadratischen Querschnitts gemessen. In bezug auf die in den Fig. 11 - 23 dargestellten Ausführungsformen beträgt das Längenverhältnis der Borsten 18 vorzugsweise mindestens 2, besonders bevorzugt von ca. 5 bis 100 und ganz besonders bevorzugt von ca. 50 bis 75. Die Größe der Borsten 18 kann für die bestimmte Anwendung des Bürstensegments 10 und der Bürste 100 ausgewählt werden. Die Länge der Borsten 18 beträgt vorzugsweise von ca. 0,2 bis 50 cm, besonders bevorzugt von ca. 1 bis 25 cm und ganz besonders bevorzugt von ca. 5 bis 15 cm. Die Breite der Borsten 18 beträgt vorzugsweise von ca. 0,25 bis 10 mm, vorzugsweise von ca. 0,5 bis 5,0 mm, besonders bevorzugt von ca. 0,75 bis 3,0 mm und am stärksten bevorzugt von ca. 1,0 bis 2,0 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Borsten 18 die gleichen Abmessungen auf. Als Alternative dazu können die Borsten 18 an einer Bürstenanordnung 100 mehrere Bürstensegmente 10 mit verschiedenen Abmessungen, wie zum Beispiel unterschiedliche Längen, ºBreiten oder Querschnittsflächen, aufweisen. Fig. 20 stellt zum Beispiel ein Bürstensegment 10 mit zwei Gruppen von kurzen Borsten 18a und zwei Gruppen von langen Borsten 18b da. Unter Bezugnahme auf die in Fig. 17 dargestellte Ausführungsform können Ringsektorsegmente 10b, die jeweils Borsten mit unterschiedlicher Länge aufweisen, angeordnet werden. Unter Bezugnahme auf die in den Fig. 14a und 14b dargestellte Bürstenanordnung 100 können benachbarte Bürstensegmente 10 mit verschiedenen Borsten verwendet werden.
Die Dichte und Anordnung der Borsten 18 kann für die bestimmte Anwendung des Bürstensegments 10 und der Bürstenanordnung 100 gewählt werden. Die Borsten 18 sind vorzugsweise gleichmäßig um den Außenrand 14 des Mittelteils 12 herum angeordnet. Als Alternative dazu können die Borsten 18 in Gruppen mit Räumen zwischen den Gruppen angeordnet und in der Ebene des Mittelteils 12 auf andere Weise als radial nach außen ausgerichtet werden, das heißt in einem Winkel zum Radius des Mittelteils 12 von ungleich Null. Demgemäß kann das Bürstensegment 10 einen Teil des Außenrands 14 aufweisen, der keine Borsten 18 enthält. Die Borsten können möglicherweise nur über einen Teil des Außenrands 14 des Mittelteils 12 oder im wesentlichen über den gesamten Außenrand 14 vorgesehen sein. Die Borsten 18 können nach Wunsch gegebenenfalls an benachbarte Borsten anstoßen.
Material, Länge und Konfiguration der Borsten werden vorzugsweise so gewählt, daß die Borsten 18 flexibel genug sind, daß sie die Verfeinerung unebener oder unregelmäßiger Werkstücke unterstützen können. Die Borsten 18 können sich vorzugsweise um mindestens 25º, besonders bevorzugt um mindestens 45º, ganz besonders bevorzugt um mindestens 90º und am stärksten bevorzugt um 180º ohne Beschädigung oder wesentliche bleibende Verformung der Borsten biegen.
Es ist möglich, die Borsten 18 mit einer beliebigen geeigneten Struktur zu verstärken. Zum Beispiel kann eine Verstärkungsfaser oder ein Verstärkungsdraht in den Borstenformhöhlungen angeordnet und das formbare Polymer 28 um den Verstärkungsdraht herum eingespritzt werden. Dies führt zu einer Borste 18 mit darin eingebettetem Verstärkungsdraht oder darin, eingebetteter Verstärkungsfaser.

Befestigungsmittel

Das Bürstensegment 10 enthält vorzugsweise ein Befestigungsmittel zur Verbindung mehrerer Bürstensegmente miteinander zur Bildung einer Bürstenanordnung oder zur Befestigung eines oder mehrerer Bürstensegmente 10 an einem Stützmittel, wie zum Beispiel einer Nabe oder einer Welle. Wie in den Fig. 12 und 14 dargestellt, weist der Mittelteil 12 einen Innenrand 16 auf, der zum Eingriff mit einer Welle 101 konfiguriert ist. Des weiteren enthält der Mittelteil 12 Befestigungslöcher 19 zur Aufnahme von Verriegelungsstäben 102. Ein alternatives Befestigungsmittel wird in den Fig. 16 und 17 dargestellt, in denen der Mittelteil 12b eine Befestigungswurzel 30 mit einem Hals 32 und einer Basis 34 enthält, die zum Eingriff in einen komplementär ausgebildeten Schlitz 104 in der Welle 101' konfiguriert sind. Die in den Fig. 16 und 17 dargestellte Anordnung eignet sich gut für Bürstensegmente, die Ringsektoren 12b umfassen. Die Befestigungswurzel 30 kann im Betrieb den Ringsektor in Radialrichtung stützen. Des weiteren kann die Befestigungswurzel 30 auch mit 360º-Bürstensegmenten 10, 10a verwendet werden. Eine weitere Ausführungsform eines Befestigungsmittels wird in Fig. 21 dargestellt, in der der Mittelteil 12 einen Kanal oder eine Keilnut 36 enthält, der bzw. die zum Eingriff mit einem geeignet konfigurierten Keil 106 in der Welle 101" konfiguriert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des in den Fig. 12 - 13 dargestellten Bürstensegments weist der Mittelteil 12 am Rand 14 einen Außendurchmesser von ca. 10 cm (4 Zoll), am Rand 16 einen Innendurchmesser von ca. 5 cm (2 Zoll) und eine Dicke von ca. 2,0 mm (0,08 Zoll) auf, wobei sich 144 Borsten 18 in der Ebene des Mittelteils 12 vom Rand 14 radial nach außen erstrecken. Jede Borste 18 ist ca. 7,5 cm (3 Zoll) lang und läuft von einer Dicke von ca. 2,0 mm (0,08 Zoll) an der Wurzel bis zu einer Dicke von ca. 1,5 mm (0,06 Zoll) an der Spitze konisch zu, mit einem Querschnitt, der allgemein dem in Fig. 18c dargestellten entspricht.
In den Fig. 22 und 23 wird noch eine andere Ausführungsform des Befestigungsmittels dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Mittelteil 12 durchgehend und enthält keine durch den Innenrand 16 definierte Öffnung. Das Befestigungsmittel 38 ist in der Mitte des Mittelteils 12 vorgesehen. Diese Art von Befestigungsmittel eignet sich zur Verwendung mit kreisförmigen 360º-Bürstensegmenten. Geeignete Befestigungsmittel 38 sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden in den US-Patenten Nr. 3,562,968; 3,667,170 und 3,270,467 beschrieben. Ein bevorzugtes Befestigungsmittel ist der integral geformte Gewindezapfen, der zum Schraubeingriff mit einem rotierenden Werkzeug ausgeführt ist, wie durch das US-Patent Nr. 3,562,968 gelehrt. Für eine ordnungsgemäße Drehung des Bürstensegments 10 wird bevorzugt, daß das Befestigungsmittel 38 integral mit dem Mittelteil 12 geformt und bezüglich des Mittelteils 12 zentriert ist. Das Befestigungsmittel 38 kann aus dem gleichen Material bestehen wie der Rest des Bürstensegments 10 und kann Schleifteilchen 26 enthalten. Als Alternative dazu kann das Befestigungsmittel 38 durch eine getrennte Einspritzung von formbarem Polymer 28 ohne Schleifteilchen 26 hergestellt werden.
Bei einer in den Fig. 22 - 23 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Bürstensegments weist der Mittelteil 12 am Rand 14 einen Außendurchmesser von ca. 10 cm (4 Zoll) und eine Dicke von ca. 2,0 mm (0,08 Zoll) auf, mit 144 Borsten 18, die sich vom Rand 14 in der Ebene des Mittelteils 12 radial nach außen erstrecken. Jede Borste 18 ist ca. 7,5 cm (3 Zoll) lang und läuft von einer Dicke von ca. 2,0 mm (0,08 Zoll) an der Wurzel zu einer Dicke von ca. 1,5 mm (0,06 Zoll) an der Spitze konisch zu, mit einem Querschnitt, der allgemein dem in Fig. 18c dargestellten entspricht. Das Bürstensegment enthält einen integral geformten Gewindezapfen, der zum Schraubeingriff mit einem rotierenden Werkzeug ausgeführt ist, wie im US-Patent Nr.. 3,562,968 gelehrt.
Bei einer in den Fig. 22 - 23 gezeigten anderen bevorzugten Ausführungsform des Bürstensegment s weist der Mittelteil 12 am Rand 14 einen Außendurchmesser von ca. 2,5 cm (1 Zoll) und eine Dicke von ca. 2,5 mm (0,1 Zoll) auf, mit 30 Borsten 18, die sich in der Ebene des. Mittelteils 12 vom Rand 14 radial nach außen erstrecken. Jede Borste 18 ist ca. 2,25 cm (0,88 Zoll) lang und läuft von einer Dicke von ca. 3,0 mm (0,12 Zoll) an der Wurzel zu einer Dicke von ca. 2,0 mm (0,08 Zoll) an der Spitze konisch zu, mit einem Querschnitt, der allgemein dem in Fig. 18c dargestellten entspricht. Das Bürstensegment enthält einen integral geformten Gewindezapfen, der zum Schraubeingriff mit einem rotierenden Werkzeug ausgeführt ist, wie im US-Patent Nr. 3,562,968 gelehrt.

Verstärkungsmittel

Weiterhin kann der Mittelteil 12 ein Verstärkungsmittel umfassen, das ein Faserverstärkungsmittel sein kann. Das Verstärkungsmittel kann zum Beispiel Textilstoff, Vliesstoffbahnen, Matten, Netz, Mull und dergleichen oder Einzelfasern, die dem formbaren Polymer beigemischt und im ganzen Bürstensegment dispergiert sind, umfassen. Wahlweise kann das Verstärkungsmittel einer Behandlung zur Änderung seiner physikalischen Eigenschaften unterzogen werden. Zweck des Verstärkungsmittels ist die Erhöhung der Biegefestigkeit und Zugfestigkeit des Bürstensegments 10. Zu Beispielen für Verstärkungsfasern, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, zählen Glasfasern, Metallfasern, Kohlenstoff-Fasern, Maschendraht, Mineralfasern, aus wärmebeständigen organischen Stoffen hergestellte Fasern oder Fasern aus keramischen Materialien. Zu anderen organischen Fasern zählen Polyvinylalkoholfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern und Phenolfasern. Bei Verwendung von Glasfasern kann das formbare Polymergemisch vorzugsweise einen Haftvermittler, wie zum Beispiel einen Silan-Haftvermittler, enthalten, um die Adhäsion an das thermoplastische Material zu verbessern. Die Faserlänge beträgt vorzugsweise von ca. 0,5 mm bis ca. 50 mm, besonders bevorzugt ca. 1 mm bis ca. 25 mm und ganz besonders bevorzugt ca. 1, 5 mm bis ca. 10 mm. Der Fasertiter beträgt vorzugsweise zwischen ca. 25 und 300 Denier, besonders bevorzugt zwischen 50 und 200 Denier.

Formbares Polymer

Das formbare Polymermaterial 28 zur Verwendung mit den hier beschriebenen Bürsten, Bürstensegmenten und Filamenten ist vorzugsweise ein organisches Bindemittel, das geformt werden kann, das heißt, das unter Wärme zur Bildung einer gewünschten Form verformt werden kann. Das formbare Polymer kann ein thermoplastisches Polymer, ein duroplastisches Polymer, ein thermoplastisches Elastomer oder Kombinationen davon sein. Bei einem thermoplastischen Polymer wird das organische Bindemittel über seinen Schmelzpunkt erhitzt, wodurch das Polymer fließend wird. Dies führt dazu, daß das thermoplastische Polymer in die Höhlungen des Formwerkzeugs fließt und so die Schleifbürste 10 bildet. Dann wird die Schleifbürste abgekühlt, damit das thermoplastische Bindemittel fest wird. Bei einem duroplastischen Polymer befindet sich das organische Bindemittel beim Formen in einem thermoplastischen Zustand, das heißt es fließt nach seiner Erwärmung über seinen Schmelzpunkt in die Höhlungen des Formswerkzeugs, um die Schleifbürste zu bilden. Als nächstes wird die Schleifbürste weiter erwärmt, in einigen Fällen bei einer höheren Temperatur, so daß die Vernetzung dieses organischen Bindemittels und die Bildung eines duroplastischen Polymers bewirkt wird. Zu Beispielen für geeignete duroplastische Polymere zählen Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyurethan, Harnstoff- Formaldehyd, Epoxid und Phenolverbindungen.

Thermoplastische Polymere

Die erfindungsgemäße Schleifbürste kann ein thermoplastisches Polymer umfassen. Beispiele für geeignete thermoplastische Polymere sind Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Polybutylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol- Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane, Polyamide und Kombinationen davon. Im allgemeinen handelt es sich bei bevorzugten thermoplastischen Polymeren gemäß der Erfindung um jene mit einer hohen Schmelztemperatur und guten Wärmebeständigkeitseigenschaften. Thermoplastische Polymere können vorzugsweise für Anwendungen der Schleifbürste 10 mit niedriger Drehzahl eingesetzt werden, bei denen die Spannung im Betrieb relativ gering ist. Zu Beispielen für im Handel erhältliche thermoplastische Polymere, die sich zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eignen, zählen GrilonTM CR9- Copolymer von Polyamid 6,12, das von der Firma EMS- American Grilon, Inc., Sumter, South Carolina, erhältlich ist; ProfaxTM- und KS075-Thermoplast auf Polypropylenbasis, die von der Firma Himont USA, Inc. Wilmington, Delaware, erhältlich sind; und DuraflexTM Thermoplast auf Polybutylenbasis, das von der Firma Shell Chemical Co., Houston, Texas, erhältlich ist.
Ein besonderes thermoplastisches Polymer, das sich zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignet, ist ein Polyamidharzmaterial, das sich dadurch auszeichnet, daß es eine Amidgruppe aufweist, das heißt -C(O)NH-. Es können verschiedene Polyamidharzmaterialarten, z. B. Polyamide, verwendet werden, wie zum Beispiel Polyamid 6/6 oder Polyamid 6. Polyamid 6/6 ist ein Kondensationsprodukt aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin. Polyamid 6/6 weist einen Schmelzpunkt von ca. 264ºC und eine Zugfestigkeit von ca. 770 kg/cm² auf. Polyamid 6 ist ein Polymer aus E -Caprolactam. Polyamid 6 weist einen Schmelzpunkt von ca. 220ºC und eine Zugfestigkeit von ca. 700 kg/cm² auf.. Zu Beispielen für im Handel erhältliche Nylonharze, die als Träger in erfindungsgemäßen Artikeln verwendbar sind, zählen "Vydyne" von der Firma Monsanto, St. Louis, Missouri; "Zytel" und "Minion", beide von der Firma Du Pont, Wilmington, Delaware; "Trogamid T" von der Firma Huls America, Inc., Piscataway, New Jersey; "Capron" von der Firma Allied Chemical Corp., Morristown, New Jersey; "Nydur" von Mobay, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania; und "Ultramid" von der Firma BASF Corp., Parsippany, New Jersey.

Thermoplastische Elastomere

In einigen Fällen, wie zum Beispiel Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und hohen Beanspruchungen, wird bevorzugt, daß das formbare Polymer ein thermoplastisches Elastomer ist oder ein thermoplastisches Elastomer enthält. Thermoplastische Elastomere (oder "TPE"s) werden in Thermoplastic Elastomers, A Comprehensive Review, herausgegeben von N.R. Legge, G. Holden und H.E. Schroeder, Hanser Publishers, New York, 1987 (hier als "Legge et al. " angegeben) definiert und besprochen. Thermoplastische Elastomere (wie hier verwendet) sind allgemein das Umsetzungsprodukt aus einem polyfunktionellen Monomer mit niedrigem Äguivalentgewicht und einem polyfunktionellen Monomer mit hohem Äquivalentgewicht, wobei das polyfunktionelle Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht eine Funktionalität von höchstens ca. 2 und ein Äquivalentgewicht von höchstens ca. 300 hat und bei Polymerisation ein hartes Segment (und in Verbindung mit anderen harten Segmenten harte kristalline Bereiche oder Domänen) bilden kann und das polyfunktionel Monomer mit hohem Äguivalentgewicht eine Funktionalität von mindestens ca. 2 und ein Äquivalentgewicht von mindestens ca. 350 hat und bei Polymerisation weiche, flexible Ketten erzeugen kann, die die harten Bereiche oder Domänen verbinden.
"Thermoplastische Elastomere" unterscheiden sich von "Thermoplasten" und "Elastomeren" (eine Gattungsbezeichnung für Stoffe, die Naturkautschuk insofern nachahmen, als sie sich unter Spannung dehnen, eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, sich schnell zusammenziehen und ihre Ausgangsabmessungen im wesentlichen wieder einnehmen) darin, daß thermoplastische Elastomere bei Erwärmung über die Schmelztemperatur der harten Bereiche eine homogene Schmelze bilden, die (im Gegensatz zu Elastomeren) durch Thermoplastverfahren, wie zum Beispiel Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen und dergleichen, verarbeitet werden können. Anschließendes Kühlen führt wieder zur Segregation von harten und weichen Bereichen, wodurch sich ein Material mit elastomeren Eigenschaften ergibt, was jedoch bei Thermoplasten nicht der Fall ist. Thermoplastische Elastomere kombinieren die Verarbeitbarkeit (im schmelzflüssigen Zustand) von thermoplastischen Materialien mit der funktionalen Leistung und den Eigenschaften herkömmlicher, wärmehärtender Kautschuke (wenn sie sich in ihrem nicht schmelzflüssigen Zustand befinden), und die im Stand der Technik als ionomere, segmentierte oder segmentierte, ionomere thermoplastische Elastomere beschrieben werden. Die segmentierten Varianten enthalten "harte Segmente", die unter Bildung von harten kristallinen Domänen, die durch "weiche", lange, flexible Polymerketten miteinander verbunden sind, assoziieren. Die harte Domäne weist eine Schmelz- oder Dissoziationstemperatur, die über der Schmelztemperatur der weichen Polymerketten liegt, auf.
Zu im Handel erhältlichen thermoplastischen Elastomeren gehören segmentierte thermoplastische Polyester-Elastomere, segmentierte thermoplastische Polyurethan-Elastomere, segmentierte thermoplastische Polyamid-Elastomere, Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren und thermoplastischen Polymeren und ionomere thermoplastische Elastomere.
Nach dem hier vorliegenden Gebrauch bezieht sich "segmentiertes thermoplastisches Elastomer" auf die Teilklasse der thermoplastischen Elastomere, die auf Polymeren basieren, die das Umsetzungssprodukt aus einem polyfunktionellen Monomer mit hohem Äquivalentgewicht und einem polyfunktionellen Monomer mit niedrigem Äguivalentgewicht sind. Segmentierte thermoplastische Elastomere sind vorzugsweise das Kondensationsumsetzungsprodukt aus einem polyfunktionellen Monomer mit hohem Äquivalentgewicht, das eine Durchschnittsfunktionalität von mindestens 2 und ein Äquivalentgewicht von mindestens ca. 350 hat, und einem polyfunktionellen Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht, das eine Durchschnittsfunktionalität von mindestens ca. 2 und ein Äquivalentgewicht von weniger als ca. 300 hat. Das polyfunktionelle Monomer mit hohem Äquivalentgewicht kann bei Polymerisation ein weiches Segment bilden, und das polyfunktionelle Monomer mit niedrigem Äquivalentgewicht kann bei Polymerisation ein hartes Segment bilden. Zu den bei der vorliegenden Erfindung brauchbaren segmentierten thermoplastischen Elastomeren zählen Polyester-TPEs, Polyurethan-TPEs und Polyamid-TPEs sowie TPEs aus Silicon-Elastomer/Polyimid-Blockcopolymeren mit polyfunktionellen Monomeren mit niedrigem und hohem Äquivalentgewicht, die zur Erzeugung des jeweiligen TPE angemessen ausgewählt sind.
Zu den segmentierten TPEs gehören vorzugsweise "Kettenverlängerer", Verbindungen mit geringem Molekulargewicht (in der Regel mit einem Äquivalentgewicht von unter 300), die eine Funktionalität von aktivem Wasserstoff von ca. 2 bis 8 aufweisen und die im Stand der Technik auf dem Gebiet der TPEs bekannt sind. Zu besonders bevorzugten Beispielen zählen Ethylendiamin und 1,4-Butandiol.
"Ionomere thermoplastische Elastomere" bezieht sich auf eine Teilklasse thermoplastischer Elastomere auf Basis von ionischen Polymeren (Ionomeren). Ionomere thermoplastische Elastomere bestehen aus zwei oder mehr flexiblen polymeren Ketten, die an mehreren Stellen durch ionische Assoziationen oder Cluster miteinander verbunden sind. Die Ionomere werden in der Regel durch Copolymerisation eines funktionalisierten Monomers mit einem olefinischen ungesättigten Monomer oder direkte Funktionalisierung eines vorgebildeten Polymers hergestellt. Carboxylfunktionalisierte Ionomere werden durch direkte Copolymerisation von Acryl- oder Methacrylsäure mit Ethylen, Styrol und ähnlichen Comonomeren durch radikalische Copolymerisation erhalten. Das gebildete Copolymer ist im allgemeinen als freie Säure erhältlich, die zu dem gewünschten Grad mit Metallhydroxiden, Metallacetaten und ähnlichen Salzen neutralisiert werden kann. In Legge et al., S. 231-243, findet sich eine Übersicht über die Geschichte von Ionomeren und diese betreffende Patente.
Die Definition von "thermoplastisches Polymer" oder "TP" nach dem hier vorliegenden Gebrauch ist einschränkender als die allgemeine Definition, die "Material, das bei Ausübung von Druck und Wärme erweicht und fließt" lautet. Es versteht sich natürlich, daß TPEs der allgemeinen Definition von TP entsprechen, da TPEs auch bei Ausübung von Druck und Wärme fließen. Somit muß die Definition von "Thermoplast" für die Zwecke der vorliegenden Erfindung spezieller sein. Nach dem hier vorliegenden Gebrauch bedeutet "Thermoplast" ein Material, das bei Ausübung von Druck und Wärme fließt, das aber unter seiner Schmelztemperatur nicht die elastischen Eigenschaften eines Elastomers besitzt.
Mischungen aus TPE- und TP-Materialien werden auch von der Erfindung umfaßt, was eine noch größere Flexibilität bei der Einstellung der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schleiffilamente gestattet.
Zu im Handel erhältlichen und bevorzugten segmentierten Polyestern gehören jene, die unter den Handelsbezeichnungen "HytrelTM 4056", "HytrelTM 5526", "HytrelTM 5556", "HytrelTM 6356", "HytrelTM 7246" und "HytrelTM 8238" bekannt sind und von der Firma E.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware erhältlich sind, wobei HytrelTM 5526, HytrelTM 5556 und HytrelTM 6356 besonders bevorzugt sind. Eine ähnliche Familie von thermoplastischen Polyestern ist unter dem Handelsnamen "Riteflex" (Hoechst Celanese Corporation) erhältlich. Weitere geeignete Polyester-TPEs sind jene, die unter den Handelsbezeichnungen "Ecdel" von der Firma Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee; "Lomad" von der Firma General Electric Company, Pittsfield, Massachusetts; "Arnitel" von der Firma DSM Engineered Plastics; und "Bexloy" von der Firma Du Pont bekannt sind. Zu weiteren geeigneten Polyester-TPEs gehören jene, die als "Lubricomp" von der Firma LNP Engineering Plastics, Exton, Pennsylvania, zu beziehen und im Handel mit Schmiermittel, Glasfaserverstärkung und Kohlenstofffaserverstärkung erhältlich sind.
Zu im Handel erhältlichen und bevorzugten segmentierten Polyamiden gehören jene, die unter der Handelsbezeichnung "Pebax" und "Rilsan" bekannt sind, die beide von der Firma Atochem, Inc., Glen Rock, New Jersey, erhältlich sind.
Zu im Handel erhältlichen und bevorzugten segmentierten Polyurethanen gehören jene, die unter der Handelsbezeichnung "Estane", erhältlich von der Firma B.F. Goodrich, Cleveland, Ohio, bekannt sind. Zu anderen segmentierten bevorzugten Polyurethanen gehören jene, die unter den Handelsbezeichnungen, "Pellethane" und "Isoplast" von der Firma The Dow Corning Company, Midland, Michigan bekannt sind und jene, die unter der Handelsbezeichnung "Morthane" von der Firma Morton Chemical Division, Morton Thiokol, Inc., bekannt sind und jene, die unter der Handelsbezeichnung "Elastollan" von der BASF Corporation, Wyandotte, Michigan, bekannt sind.
Thermoplastische Elastomere werden im US-Patent Nr. 5,443,906 (Pihl et al.) weiter beschrieben.

Schleifteilchen

Die bei den hier beschriebenen Bürsten, Bürstensegmenten und Filamenten geeigneten Schleifteilchen 26 weisen eine Teilchengröße von ca. 0,1 bis 1500 Mikrometer, in der Regel zwischen ca. 1 und 1300 Mikrometer und vorzugsweise zwischen 50 und 500 Mikrometer, auf. Die Schleifteilchen können organisch oder anorganisch sein. Zu Beispielen für Schleifteilchen zählen Elektrokorund, wärmebehandelter Elektrokorund, keramisches Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Titandiborid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Diamant, Borkarbid, Zeroxid, kubisches Bornitrid, Granat und Kombinationen davon. Zu bevorzugtem Elektrokorund zählen die vorbehandelten, die im Handel von der Firma Exolon ESK Company, Tonawanda, New York, oder Washington Mills Electro Minerals Corp., North Grafton, Massachusetts, erhältlich sind. Bevorzugte Schleifteilchen aus keramischem Aluminiumoxid sind im Stand der Technik wohlbekannt und umfassen die in den US-Patenten Nr. 4,314,827; 4,623,364; 4,744,802; 4,770,671; 4,881,951; 4,964,883; 5,011,508 und 5,164,348 beschriebenen. Zu bevorzugten Schleifteilchen aus auf alpha-Aluminiumoxid basierender Keramik, die alpha-Aluminiumoxid und Seltenerdoxid umfassen, gehören jene, die unter der Bezeichnung CubitronTM 321 von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota, im Handel erhältlich sind. Zu anderen Beispielen für Schleifteilchen gehören massive Glaskügelchen, hohle Glaskügelchen, Calciumcarbonat, Polymerblasen, Silicate, Aluminiumtrihydrat und Mullit. Das Schleifteilchen kann aus einem beliebigen (anorganischen oder organischen) teilchenförmigen Material bestehen, das in Kombination mit dem Bindemittel eine Schleifbürste 10 ergibt, die eine Werkstückoberfläche verfeinern kann. Die Wahl des Schleifmaterials hängt teilweise von der beabsichtigten Anwendung ab. Zum Beispiel wird zum Entlacken eines Fahrzeugs manchmal die Verwendung eines relativ weichen Schleifteilchens bevorzugt, um die unter dem Lack liegende Oberfläche nicht zu beschädigen. Als Alternative dazu wird zum Entgraten von Metallwerkstücken die Verwendung eines härteren Schleifteilchens, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, bevorzugt. Die erfindungsgemäße Schleifbürste kann zwei oder mehr Arten und/oder Größen von Schleifteilchen enthalten.
Nach dem hier vorliegenden Gebrauch umfaßt der Begriff Schleifteilchen auch einzelne Schleifteilchen, die zur Bildung eines Schleifagglomerats miteinander verbunden sind. Schleifaggiomerate sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden in den US-Patenten Nr. 4,311,489; 4,652,275 und 4,799,939 weiter beschrieben. Die erfindungsgemäßen Schleifteilchen können auch eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Oberflächenbeschichtungen verbessern bekannterweise die Adhäsion zwischen dem Schleifteilchen und dem Bindemittel im Schleifartikel. Solche Oberflächenbeschichtungen sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden in den US- Patenten Nr. 5,011,508; 1,910,444; 3,041,156; 5,009,675; 4,997,461; 5,213,591 und 5,042,991 beschrieben. In einigen Fällen werden durch den Auftrag der Beschichtung die Abrieb- und/oder Verarbeitungseigenschaften des Schleifteilchens verbessert.
Die bei den erfindungsgemäßen Bürsten, Bürstensegmenten und Filamenten geeigneten Kunststoffschleifteilchen bestehen aus Materialien auf organischer Basis. Sie sind, vorzugsweise entweder aus einem thermoplastischen Polymer und/oder einem duroplastischen Polymer hergestellt. Bei der vorliegenden Erfindung geeignete Kunststoffschleifteilchen können einzelne Teilchen oder Agglomerate von einzelnen Teilchen sein. Die Agglomerate können mehrere der Kunststoffschleifteilchen umfassen, die zur Bildung einer geformten Masse durch ein Bindemittel miteinander verbunden sind.
Die Kunststoffschleifteilchen liegen in der thermoplastischen Matrix vorzugsweise in einem Anteil von ca. 0,1 bis ca. 80 Gew.-%, vorzugsweise von ca. 3 bis ca. 60 Gew.-% (pro Gesamtgewicht der thermoplastischen Matrix und der Kunststoffschleifteilchen), vor. Der Gewichtsprozentanteil hängt teilweise von den bestimmten Abrieb- oder Bürstenanwendungen ab.
Die Größe der in die thermoplastische Matrix einverleibten Kunststoffschleifteilchen hängt von der beabsichtigen Verwendung der Bürsten, des Bürstensegments oder der Filamente ab. Für Anwendungen, die ein Schneiden oder Grobbearbeiten erfordern, werden größere Schleifteilchen bevorzugt, während Kunststoffschleifteilchen mit kleinerer Größe für Endbearbeitungsanwendungen bevorzugt werden. Vorzugsweise ist der durchschnittliche Durchmesser der Teilchen nicht größer als ca. 1/2 des Durchmessers des Filaments oder der Bürstenborste, besonders bevorzugt nicht größer als ca. 1/3 des Durchmessers des Filaments oder der Bürstenborste.
Kunststoffschleifteilchen weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von ca. 0,01 bis ca. 500 Mikrometer, in der Regel zwischen ca. 0,1 und ca. 250 Mikrometer, vorzugsweise zwischen ca. 1 und ca. 150 Mikrometer, besonders bevorzugt zwischen ca. 5 und ca. 100 Mikrometer und ganz besonders bevorzugt zwischen ca. 5 und ca. 75 Mikrometer auf. Die durchschnittliche Teilchengröße wird in der Regel mittels der längsten Abmessung gemessen.
Die Kunststoffschleifteilchen können eine beliebige genaue Form aufweisen oder unregelmäßig oder willkürlich geformt sein. Zu Beispielen für solche dreidimensionalen Formen zählen Pyramiden, Zylinder, Kegel, Kugeln, Blöcke, Würfel, Vielecke und dergleichen. Als Alternative dazu können die Kunststoffschleifteilchen relativ flach sein und eine Querschnittsform, wie zum Beispiel eine Rauten-, Kreuz-, Kreis-, Dreiecks-, Rechtecks-, Quadrat-, Oval-, Achteck-, Fünfeck-, Sechseck- oder Vieleckform oder dergleichen, aufweisen.
Die Oberfläche der Kunststoffschleifteilchen (oder ein Teil ihrer Oberfläche oder die gesamte Oberfläche eines Teils der Teilchen kann mit Haftvermittlern behandelt sein, um die Adhäsion an und/oder das Dispersionsvermögen in der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix zu verbessern. Die Kunststoffschleifteilchen müssen in der gehärteten Zusammensetzung nicht gleichmäßig dispergiert sein, aber eine gleichmäßige Dispersion kann für gleichmäßigere Abriebeigenschaften sorgen.
Die Kunststoffschleifteilchen können aus einem thermoplastischen Material, wie zum Beispiel Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyvinylchlorid, Methacrylat, Methylmethacrylat, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol- Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymeren, Polyurethanen, Polyamiden und. Kombinationen davon hergestellt sein. Im allgemeinen gehören zu bevorzugten erfindungsgemäßen thermoplastischen Polymeren jene mit einer hohen Schmelztemperatur von zum Beispiel über 200ºC, vorzugsweise 300ºC; oder guten Wärmebeständigkeitseigenschaften. Die Kunststoffschleifteilchen sollten einen höheren Schmelz- oder Erweichungspunkt haben als die thermoplastische Matrix, so daß die Kunststoffteilchen durch den Filamentherstellungsprozeß nicht wesentlich beeinflußt werden. Das Kunststoffteilchen sollte in der Lage sein, während der Filament- oder Bürstenverarbeitung einen allgemein teilchenförmigen Zustand beizubehalten und sollte deshalb so gewählt werden, daß es während des Filamentherstellungsprozesses nicht wesentlich schmilzt oder erweicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kunststoffteilchen so ausgewählt, daß sie stärkere Schleifeigenschaften liefern als die thermoplastische Matrix und sowohl die Hülle und der Kern, falls vorhanden. Auf diese Weise führen die Kunststoffschleifteilchen die gewünschte, Oberflächenverfeinerung, wie zum Beispiel Entfernung von Fremdkörpern von dem Werkstück oder Feinschliff der Oberfläche, durch, während die thermoplastische Matrix im Betrieb abgenutzt wird und der Werkstückoberfläche somit fortwährend frische Kunststoffschleifteilchen bietet.
Ein thermoplastisches Schleifteilchen kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Bei einem Verfahren wird das thermoplastische Polymer in längliche Segmente extrudiert, und diese Segmente werden dann auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Als Alternative dazu kann das thermoplastische Polymer zu der gewünschten Form und Teilchengröße geformt werden. Dieser Formvorgang kann durch Formpressen oder Spritzgießen erfolgen.
Die Kunststoffschleifteilchen können aus einem duroplastischen Polymer hergestellt werden. Duroplastiche Polymere können aus Phenolharzen, Aminoplastharzen, Urethanharzen, Epoxidharzen, Acrylatharzen, acrylierten Isocyanuratharzen, Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, Isocyanuratharzen, acrylierten Urethanharzen, Melamin-Formaldehyd-Harzen, acrylierten Epoxidharzen und Gemischen davon hergestellt werden. Auf Phenolverbindungen basierende Schleifteilchen sind eine bevorzugte Art von Schleifteilchen. Es gibt zwei Arten von Phenolharzen: Resol und Novolak. Resol-Phenolharze weisen ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol größer gleich eins zu eins, in der Regel zwischen 1,5 : 1,0 und 3,0 : 1,0, auf. Novolakharze weisen ein Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von weniger als. eins zu eins auf. Zu Beispielen für im Handel erhältliche Phenolharze zählen die unter den Handelsnamen "Durez" und Varcum" von der Firma Occidental Chemicals Co., Burlington, NJ; "Resinox" von der Firma Monsanto; "Aerofene" und "Arotap" von der Firma Ashland Chemical Co., Columbus, OH, bekannten. Diese Phenolharze werden zu duroplastischen Polymeren ausgehärtet. Dann werden die entstehenden duroplastischen Polymere auf die gewünschte Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung zerkleinert. Bei einem alternativen Verfahren können die duroplastischen Kunststoffschleifteilchen gemäß den Lehren von US-Patent Nr. 5,500,273, "Precisely Shaped Particles and Method of Making Same" (Genau geformte Teilchen und Herstellungsverfahren dafür) (Holmes et al.) hergestellt werden. Die Kunststoffschleifteilchen können ein Gemisch aus einem thermoplastischen Polymer und einem duroplastischen Polymer sein.
Ein besonders bevorzugtes organisches Schleifteilchen ist ein Metall- und Formreinigungskunststoffstrahlmittel, das im Handel als "MC"-Strahlmittel von der Firma Maxi-Blast Inc., South Bend, IN, erhältlich ist und eine antistatische Beschichtung aufweisen kann, vorzugsweise aber unbehandelt ist. Das "MC"-Mittel ist ein 99%-Melamin- Formaldehyd-Cellolosat, ein Aminoduroplast.
Die durchschnittliche Knoop-Härte des Kunststoffschleifteilchens ist allgemein kleiner als ca. 80 KNH und vorzugsweise kleiner als ca. 65 KNH.
Weiterhin umfaßt der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung den Einbau von Schleifteilchen auf anorganischer Basis zusammen mit den Kunststoffschleifteilchen. Diese anorganischen Schleifteilchen weisen in der Regel eine Teilchengröße von 0,01 bis 500 Mikrometer, in der Regel zwischen ca. 1 und 150 Mikrometer, auf. In bestimmten Fällen wird gewöhnlich bevorzugt, daß die anorganischen Schleifteilchen entweder die gleiche Größe aufweisen oder kleiner sind als die Kunststoffschleifteilchen. Es wird bevorzugt, daß die Schleifteilchen eine Mohs-Härte von mindestens ca. 7, vorzugsweise über 9, aufweisen. Zum Beispiel kann das Schleiffilament zwischen 10 und 90 Gew.-% thermoplastische Matrix, zwischen 10 und 90 Gew.-% Schleifteilchen und zwischen 0 und 49% Gew.-% anorganische Schleifteilchen umfassen.
Die Schleifteilchen 26 betragen in der Regel von ca. 0,1 bis 75 Gew.-% des Teilchen- und Polymergemisches, vorzugsweise von 3 bis 60%, besonders bevorzugt ca. 5 bis 50% und ganz besonders bevorzugt ca. 20 bis 40%, obgleich nach Wunsch mehr oder weniger verwendet werden können. Bei einigen Oberflächenverfeinerungsanwendungen ist es wünschenswert, daß das Bürstensegment 10 ein formbares Polymermaterial 28 ohne Schleifteilchen 26 umfaßt.

Additive

Das formbare Polymermaterial 28 kann weiterhin fakultative Additive, wie zum Beispiel Füllstoffe (einschließlich Schleifhilfsmitteln), Fasern, Antistatika, Antioxidantien, Verarbeitungshilfen, UV- Stabilisatoren, Flammenhemmstoffe, Schmiermittel, Netzmittel, - Tenside, Pigmente, Farbstoffe, Haftvermittler, Weichmacher und Suspendiermittel, enthalten. Die Mengen dieser Stoffe werden so gewählt, daß sie die gewünschten Eigenschaften liefern. Bei einem bevorzugten Verfahren zum Einbringen bestimmter Additive in das formbare Polymermaterial werden die Additive von einem Mantel umschlossen, der Extrusions- oder Formtemperaturen und -drücken widerstehen kann.

Schmiermittel

Für einige Verfeinerungsanwendungen wird bevorzugt, daß das geformte Polymer 28 ein Schmiermittel enthält. Durch das Vorhandensein eines Schmiermittels im formbaren Polymer 28 wird die Reibung der die Werkstückoberfläche berührenden Borste vermindert. Dadurch wird bei der Verfeinerung des Werkstücks weniger Hitze erzeugt. Übermäßige Hitze kann dazu führen, daß die Schleifbürste auf dem Werkstück Rückstände hinterläßt oder das Werkstück auf andere Weise beschädigt. Zu geeigneten Schmiermitteln zählen Lithiumstearat, Zinkstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat, Ethylen-bis-stearamid, Graphit, Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE) und Siliconverbindungen, die zum Beispiel bei Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren geeignet sind.
Ein Beispiel für ein bevorzugtes Siliconmaterial ist ein hochmolekulares Polysiloxan der Formel (A):
wobei R, R', R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6; gleich oder verschieden sein können und für Alkyl, Vinyl, Chloralkyl, Aminoalkyl, Epoxid, Fluoralkyl, Chlor, Fluor oder Hydroxid stehen können und n mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1000, besonders bevorzugt 1000 bis 20.000 und ganz besonders bevorzugt 1000 bis 15.000 beträgt.
Ein anderes bevorzugtes Polysiloxan ist ein Polydimethylsiloxan der Formel (B):
wobei R und R' gleich oder verschieden sein können und für Alkyl, Vinyl, Chloralkyl, Aminoalkyl, Epoxid, Fluoralkyl, Chlor, Fluor oder Hydroxid stehen können und n mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1000, besonders bevorzugt 1000 bis 20.000 und ganz besonders bevorzugt 1000 bis 15.000 beträgt.
Polysiloxane sind in vielen verschiedenen Formen erhältlich, zum Beispiel als die Verbindung selbst oder als Konzentrat. Zu Beispielen für die Polymere, denen die Polysiloxane beigemischt werden können, gehören Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyamide, Polyacetal, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polyesterelastomer, die alle im Handel erhältlich sind. Siliconmodifiziertes HytrelTM ist im Handel als BY27-010 (oder MB50-010) erhältlich, und siliconmodifiziertes Polyamid 6, 6 ist im Handel als BY27-005 (oder MB50-005) erhältlich, die beide von der Firma Dow Corning Company, Midland, Michigan, erhältlich sind. In der Regel können im Handel erhältliche Konzentrate ein Polysiloxan in einer Konzentration von 40 bis 50 Gew.-% enthalten, jedoch ist für die Zwecke der Erfindung irgendein Gewichtsprozentanteil annehmbar, solange der gewünschte Gewichtsprozentanteil im Endprodukt erreicht werden kann. Vorzugsweise können im formbaren Polymer 26 Schmiermittel in Mengen von bis zu ca. 20 Gew.-% (ausschließlich des Schleifteilchengehalts) und vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 10% vorhanden sein, obgleich nach Wunsch mehr oder weniger verwendet werden kann.

Haftvermittler

Das formbare Polymermaterial 28 kann zur Verbesserung der Verbindung zwischen dem Bindemittel und den Schleifteilchen einen Haftvermittler enthalten, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Zu Beispielen für solche Haftvermittler, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, zählen Organosilane, Zirkoniumaluminate und Titanate. Bevorzugte Silan- Haftvermittler, in der Regel aminofunktionell, wie zum Beispiel gamma-Aminopropyltriethoxysilan, sind im Handel als A-1100 oder A-1102 von der Firma Union Carbide Corporation, New York, New York, erhältlich. Die Schleifteilchen 26 können vor dem Zusammenführen mit dem formbaren Polymer mit einem Haftvermittler vorbehandelt werden. Als Alternative dazu kann der Haftvermittler dem formbaren Polymer 28 direkt zugegeben werden.

Füllstoffe

Das formbare Polymermaterial 28 kann einen Füllstoff enthalten, wie im Stand der Technik bekannt ist. Zu Beispielen für für die vorliegende Erfindung geeignete Füllstoffe zählen Metallcarbonate (wie zum Beispiel Calciumcarbonat, (Kalk, Kalzit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliziumdioxid (wie zum Beispiel Quarz, Glaskügelchen, Glashohlkugeln und Glasfasern), Silicate (wie zum Beispiel Talk, Tone, (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumaluminosilicat, Natriumsilicat), Metallsulfate (wie zum Beispiel Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (wie zum Beispiel Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid) und Metallsulfite (wie zum Beispiel Calciumsulfit). In einigen Fällen kann der Füllstoff als Schleifeilchen dienen.

Schleifhilfsmittel

Das Polymermaterial kann ein Schleifhilfsmittel enthalten. Ein Schleifhilfsmittel wird hier als Teilchenmaterial definiert, dessen Hinzufügen eine bedeutende Auswirkung auf die chemischen und physikalischen Abriebprozesse hat, was zu einer verbesserten Leistung führt. Insbesondere wird im Stand der Technik angenommen, daß das Schleifhilfsmittel entweder 1) die Reibung zwischen den Schleifteilchen und dem gerade abgeriebenen Werkstück vermindert, 2) das Schleifteilchen daran hindert, eine "Kappe" zu bilden, das heißt verhindert, daß Metallteilchen mit den oberen Enden der Schleifteilchen verschweißt werden, 3) die Grenzflächentemperatur zwischen den Schleifteilchen des Werkstücks verringert oder 4) die Schleifkräfte verringert. Zu Beispielen für chemische Gruppen von Schleifhilfsmitteln zählen Waxe, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und -metalle und ihre Legierungen. Die organischen Halogenidverbindungen werden während' des Abriebs in der Regel aufgebrochen und geben eine Halogensäure oder gasförmige Halogenidverbindung frei. Zu Beispielen für solche Stoffe zählen chlorierte Wachse wie Tetrachlornaphthalen, Pentachlornaphthalen und Polyvinylchlorid. Zu Beispielen für Halogenidsalze zählen Natriomchlorid, Kaliumkryolith, Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluoroborat, Natriumtetrafluoroborät, Siliziumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid. Zu Beispielen für Metalle zählen Zinn, Blei, Bismut, Kobalt, Antimon, Cadmium, Eisen und Titan. Zu anderen verschiedenen Schleifhilfsmitteln gehören Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide.

Spritzgießen

Die Schleifbürste oder das Schleifbürstensegment 10, 110 gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt. Spritzgießverfahren sind im Stand der Technik bekannt. Eine Spritzgießvorrichtung 60 zur Herstellung der Schleifbürste 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Fig. 24 dargestellt. Ein Pellet-Gemisch aus dem formbaren Polymer 28 und wahlweise Schleifteilchen 26 wird vorzugsweise nach Trocknen durch Erwärmung in einen Trichter 62 eingegeben. Über den Trichter wird das Gemisch einer ersten Seite oder Rückseite 70 einer Schneckenspritzgießmaschine 64 zugeführt, die allgemein eine Schnecke 66 in einem Zylinder 68 umfaßt. Die gegenüberliegende Seite oder Vorderseite 72 der Schneckenspritzgießmaschine 64 umfaßt eine Düse 74 zur Leitung des erweichten Gemisches in das Formwerkzeug 76a, 76b. Der Zylinder 68 der Spritzgießmaschine 64 wird zum Aufschmelzen des Gemisches erwärmt, und die rotierende Schnecke 66 treibt das Gemisch in Richtung der Düse 74. Dann wird die Schnecke 66 linear nach vorne in Richtung B bewegt, um den "Schuß" des erweichten Gemisches mit dem gewünschten Druck in das Formwerkzeug 76a, 76b zu drücken. Im allgemeinen wird zwischen dem Vorderende der Schnecke und der Düse eine Lücke beibehalten, um einen "Puffer"-Bereich aus erweichtem Material bereitzustellen, das nicht in das Formwerkzeug eingespritzt wird.
Das Formwerkzeug enthält Höhlungen, die eine Umkehrung der gewünschten Schleifbürstenkonfiguration darstellen. Somit muß die Formwerkzeugausführung für die geformte Bürste 10, 110 der Schleifbürstenkonfiguration, einschließlich der Größe und Konfiguration der Basis 12, der Borsten 18 und des optionalen Befestigungsmittels 30, Rechnung tragen. Für die geformte Bürste oder das geformte Segment 10 nach der Darstellung in den Fig. 12 - 13 enthält das in Fig. 27 dargestellte Formwerkzeug 76a, 76b Höhlungen, die eine Umkehrung der gewünschten Bürstensegmentkonfiguration darstellen. Somit muß die Formwerkzeugausführung der Bürstensegmentkonfiguration, einschließlich der Größe und Konfiguration des Mittelteils 12, der Borsten 18 und des optionalen Befestigungsmittels, wie zum Beispiel Löcher 19, Wurzel 30, Keilnut 36 oder Gewindezapfen 38, Rechnung tragen. Wie in Fig. 28 zu sehen, enthält der Formwerkzeugteil 76a Höhlungen 78 zur Bildung der Borsten 18. Die in Fig. 28 dargestellte Formwerkzeugausführungsform ist zum Formen der in Fig. 18c dargestellten Borstenausführungsform konfiguriert. Als Alternative dazu können die in Fig. 29 dargestellten Formwerkzeugteile 76c und 76d zur Bildung einer Doppelreihe von versetzten Borsten 18 verwendet werden. Solch eine Borstenanordnung wird in Fig. 30 dargstellt.
Die obenerwähnten Pellets können vorzugsweise wie folgt hergestellt werden. Das formbare Polymer 28 kann über seinen Schmelzpunkt erhitzt werden, und dann können die Schleifteilchen 26 beigemischt werden. Dann wird das entstehende Gemisch zu Endlossträngen geformt und diese dann abgekühlt, so daß das formbare Polymer zur Granulierung in geeigneten Einrichtungen erstarrt, wie im Stand der Technik bekannt. Ebenso können dem Polymermaterial 28 bei der Bildung von Pellets Schmiermittel und/oder andere Additive hinzugefügt werden. Dann werden die das formbare Polymer 28, die Schleifteilchen 26 und gegebenenfalls ein gewünschtes Schmiermittel oder anderes Additiv enthaltenen Pellets in den Trichter 62 eingegeben, so daß sie, wie oben beschrieben, in den Schnecken-Extruder 64 eingeleitet werden können. Als Alternative dazu können die Schleifteilchen 26 mit der Pellet-Form des formbaren Polymers 28 vermischt werden und dieses Gemisch kann dann in den Trichter eingefüllt werden. Ebenso können dem Polymermaterial 28 vor dem Einfüllen in den Trichter Schmiermittel und/oder andere Additive hinzugefügt werden.
Die Bedingungen, unter denen die Herstellung der Schleifbürste durch Spritzgießen erfolgt, werden durch die eingesetzte Spritzgießmaschine, die Konfiguration der Bürste 10 und die Zusammensetzung des formbaren Polymers 28 und der Schleifteilchen 26 bestimmt. Bei einem bevorzugten Verfahren wird das formbare Polymer 28 zunächst auf zwischen 80 bis 120ºC, vorzugsweise 90 bis 110ºC, zum Trocknen erhitzt und in den Trichter 62 eingegeben, von wo es durch Schwerkraftführung in die Schraubenzuführzone gelangt. Die Zylindertemperatur der Schneckenspritzgießmaschine beträgt vorzugsweise von ca. 200 bis 250ºC, besonders bevorzugt von ca. 220 bis 245ºC. Die Temperatur des Formwerkzeugs beträgt vorzugsweise von ca. 50 bis 150ºC, besonders bevorzugt von ca. 100 bis 140ºC. Die Zykluszeit (die Zeit vom Einführen des Gemisches in den Schnecken-Extruder bis zum Öffnen des Formwerkzeugs zur Entfernung der geformten Schleifbürste) liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 180 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 5 und 60 Sekunden. Der Einspritzdruck beträgt vorzugsweise von ca. 690 bis 6900 kPa (100 bis 1000 psi), besonders bevorzugt von ca. 2070 bis 4820 kPa (300 bis 700 psi).
Der Spritzgießzyklus hängt von der Materialzusammensetzung und der Schleifbürstenkonfiguration ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das formbare Polymer und die Schleifteilchen in der ganzen Schleifbürste 10 allgemein homogen. Bei einer solchen Ausführungsform erfolgt eine einzige Einbringung oder ein einzelner Schuß des Gemisches aus Polymermaterial 28 und Schleifteilchen 26 zum Formen der Bürste 10, einschließlich der Basis 12, der Borsten 18 und gegebenenfalls des Befestigungsmittels 30. Als Alternative dazu können die Borsten 18, aber nicht die Basis 12, Schleifteilchen 26 enthalten. Bei einer solchen Ausführungsform erfolgen zwei Materialeinbringungen oder -schüsse. Die erste Einbringung enthält ein Gemisch aus formbarem Polymer 28 und Schleifteilchen 26, um in erster Linie den Borstenteil des Formwerkzeugs zu füllen. Die zweite Einbringung enthält formbares Polymer (das das gleiche sein kann wie das formbare Polymer der ersten Einbringung oder sich davon unterscheiden kann) ohne Schleifteilchen, um in erster Linie den Basis- und Befestigungsmittelteil des Formwerkzeugs zu füllen. Ebenso können die Basis 12 und die Borsten 18, aber nicht das Befestigungsmittel 30, Schleifteilchen enthalten. Bei dieser Ausführung erfolgen zwei Materialeinbringungen oder -schüsse. Die erste Einbringung enthält ein Gemisch aus formbarem Polymer 28 und Schleifteilchen 26 zum Füllen des Borsten- und Basisteils des Formwerkzeugs. Die zweite Einbringung enthält nur ein formbares Polymer (das das gleiche sein kann wie das formbare Polymer der ersten Einbringung oder sich davon unterscheiden kann), um in erster Linie den Befestigungsmittelteil des Formwerkzeugs zu füllen. Es ist auch möglich, mehr als einen Schuß zu verwenden, um nach Wunsch die Farbe verschiedener Teile der Bürste zu ändern. Des weiteren können auch drei oder mehr Schüsse vorgesehen werden, zum Beispiel jeweils einer für die Borsten, die Basis und das Befestigungsmittel. Nach dem Spritzgießen wird das Formwerkzeug zur Erstarrung des formbaren Polymers abgekühlt. Dann werden die Formwerkzeughälften getrennt, damit die geformte Schleifbürste 10 entnommen werden kann.
Für die in den Fig. 1 - 2 oder den Fig. 8 - 11 dargestellte geformte Bürste wird bevorzugt, daß auf der der Einspritzöffnung gegenüberliegenden Seite des Formwerkzeugs 76a, 76b eine Auswerfervorrichtung 80 zum Auswerfen der erstarrten Schleifbürste 10 aus dem Formwerkzeug vorgesehen ist. Wie in Fig. 25 zu sehen, befinden sich die Auswerferstifte 82 vorzugsweise in jedem Formwerkzeughohlraum 78, der einer Borste 18 entspricht. Nach ausreichendem Abkühlen der Schleifbürste 10 und Entfernen des geformten Teils 76a werden die Spitzen 84 der Auswerferstifte 82 in Richtung C gegen die Spitze 22 der Borste zur Basis 12 hin gedrückt, um dadurch die Borsten 18 aus ihren jeweiligen Höhlungen auszuwerfen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung der Spitzen 84 der Auswerferstifte 82 im Hohlraum variabel, wodurch die Tiefe des Formwerkzeughohlraums 78 geändert wird und somit längere oder kürzere Borsten 18 geformt werden können. Dies kann durch Änderung der Position des Auswerfs 80 bezüglich des Formwerkzeugteils 76b oder durch Änderung der Länge der Auswerferstifte 82 an dem Auswerfer 80 erfolgen.

Verfahren zur Verfeinerung einer Oberfläche

Wie oben erörtert, wird die erfindungsgemäß geformte Schleifbürste 10 zur Verfeinerung einer Oberfläche verwendet, indem ein Teil einer Werkstückoberfläche entfernt wird, ein Werkstück einer Oberflächenbearbeitung unterzogen wird, eine Werkstückoberfläche gereinigt wird, einschließlich der Entfernung von Farbe oder anderen Beschichtungen, von Dichtungsmaterial, Korrosion oder anderen Fremdkörpern oder irgendeiner Kombination der vorhergehenden. Die Schleifbürste 10 nach den Fig. 12 wird durch das Befestigungsmittel an einem geeigneten kraftangetriebenen rotierenden Werkzeug befestigt und eignet sich besonders gut zur Verwendung mit kraftangetriebenen Winkelwerkzeugen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Ein geeignetes kraftangetriebenes Werkzeug zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen geformten Schleifbürste ist der Winkelschleifer der Ingersoll-Rand-Cyclone-Serie, Modell TA 180 RG4, mit den Leistungswerten 18.000 U/min und 0,70 HP. Die geformte Schleifbürste 10 kann selbst am kraftangetriebenen rotierenden Werkzeug angebracht werden oder unter Einsatz einer Tragunterlage hinter der Schleifbürste 10, wie im Stand der Technik bekannt. Eine geeignete Tragunterlage ist die im US-Patent Nr. 3,562,968 (Johnson et al.) offenbarte.
Wie oben erörtert, werden das geformte Bürstensegrment 10 und die Bürstenanordnung 100, die in den Fig. 12 - 23 gezeigt werden, zur Verfeinerung einer Oberfläche verwendet, indem ein Teil einer Werkstückoberfläche entfernt wird, ein Werkstück einer Oberflächenbearbeitung unterzogen wird, eine Werkstückoberfläche gereinigt wird, einschließlich der Entfernung von Farbe oder anderen Beschichtungen, von Dichtungsmaterial, Korrosion oder anderen Fremdkörpern oder irgendeiner Kombination der vorhergehenden. Bei einer in Fig. 14b dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Bürstenanordnung 100 mehrere Bürstensegmente 10, die durch das Befestigungsmittel an einer Welle 101 befestigt sind, und ein geeignetes Antriebsmittel. Als Alternative dazu kann das Bürstensegment nach Fig. 22 an einem geeigneten Drehantriebsmittel befestigt sein. Die Oberflächenverfeinerung kann trocken oder naß erfolgen, zum Beispiel mit Wasser, Schmiermittel, Rosthemmstoff oder anderen geeigneten Flüssigkeiten, wie im Stand der Technik wohlbekannt. Die Bürstenanordnung 100 oder das Segment 10 können mit einer beliebigen geeigneten Geschwindigkeit, vorzugsweise von ca. 100 bis 15.000 U/min. gedreht werden, obwohl nach Wunsch auch höhere oder niedrigere Geschwindigkeiten verwendet werden können. Die Oberflächenverfeinerung kann mit einer beliebigen geeigneten Kraft an der Bürstenanordnung oder dem Bürstensegment, in der Regel von ca. 0,5 bis 100 kg, durchgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Borsten 18 flexibel und nachgiebig genug sind, daß bei vielen Verfeinerungsvorgängen der Kontakt der Borste am Werkstück über eine große Länge der Borstenseite erfolgt und nicht lediglich über einen kleinen Teil der Borste unmittelbar neben der Spitze 18. Durch Verwendung der hier beschriebenen organischen Schleifteilchen kann die Schleifbürste zur Entfernung von Fremdkörpern, zum Beispie l Farbe, Schmutz, Schutteilchen, Öl, Oxidbeschichtung, Rost, Klebstoff, Dichtungsmaterial und dergleichen, von einer Werkstückoberfläche verwendet werden, ohne daß von dem Werkstück selbst eine große Materialmenge entfernt wird.

Schleiffilament

Wie oben beschrieben, weist die vorliegende Erfindung des weiteren ein Schleiffilament aus einer thermoplastischen Matrix mit darin dispergierten Kunststoffschleifteilchen auf. Es wird bevorzugt, daß das Schleiffilament ein Längenverhältnis von mindestens 1, vorzugsweise mindestens fünf, besonders bevorzugt von mindestens 10 und ganz besonders bevorzugt von mindestens 20 aufweist. Das Längenverhältnis wird als Länge geteilt durch arithmetische Durchschnittsbreite definiert. Die Filamente können eine beliebige gewünschte Länge oder Breite aufweisen, und die Querschnittsform kann natürlich rund, oval, quadratisch, dreieckig, rechteckig, polygonal oder mehrlappig (wie zum Beispiel dreilappig, vierlappig und dergleichen) sein. Darüber hinaus können die Schleiffilamente eine variable Querschnittsfläche aufweisen. Die Filamente können zum Beispiel "wellenförmig" oder strukturiert sein. Des weiteren können die Filamente konisch zulaufend sein.
Es gibt vier Hauptarten von Schleiffilamenten. Bei der ersten Art ist die ganze thermoplastische Matrix fast gleichmäßig und vorzugsweise gleichmäßig mit den Kunststoffschleifteilchen durchsetzt. Diese erste Art führt zu einem im wesentlichen homogenen Schleiffilament. Bei der zweiten, dritten und vierten Art umfaßt das Schleiffilament eine Hülle und einen Kern, wobei die Hülle und der Kern vorzugsweise aus verschiedenen Materialien bestehen. Solche Filamente sind in der Technik bekannt und werden im US-Patent Nr. 5,427,595 "Abrasive Filaments Comprising Abrasive- Filled Thermoplastic Elastomer, Method of Making Same, Articles Incorporating Same und Methods of Using Said Articles," (Schleiffilamente aus mit Schleifmittel gefülltem thermoplastischem Elastomer, Herstellungsverfahren dafür, sie enthaltende Artikel und Verfahren zur Verwendung der Artikel) (Pihl et al.); und im US-Patent Nr. 5,460,883 "Composite Abrasive Filaments, Methods of Making Same, Articles Incorporating Same und Methods of Using Said Articles, "(Verbundschleiffilamente, Herstellungsverfahren dafür, sie enthaltende Artikel und Verfahren zur Verwendung der Artikel) (Barber, Jr., et al) offenbart. Bei der zweiten Art umfaßt die Hülle die thermoplastische Matrix, bei der zumindest ein Teil davon ganz mit Kunststoffschleifteilchen durchsetzt ist. Der Kern kann entweder eine zweite thermoplastische Matrix umfassen, die mit der Hülle coextrudiert ist, wie von Pihl et al. gelehrt, oder einen vorgeformten Kern, der mit einer gehärteten Hülle überzogen ist, wie von Barber et al. gelehrt. Bei der dritten Art umfaßt die Hülle eine zweite thermoplastische Matrix, und der Kern umfaßt die thermoplastische Matrix, von der zumindest ein Teil ganz mit Kunststoffschleifteilchen durchsetzt ist. Bei der vierten Art umfassen sowohl die Hülle als auch der Kern eine thermoplastische Matrix, von der zumindest ein Teil ganz mit Kunststoffschleifteilchen durchsetzt ist. Bei der vierten Ausführungsform sind entweder die thermoplastische Matrix und/oder die Kunststoffschleifteilchen bei Hülle und Kern verschieden.
Fig. 32 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Filaments 210, das aus einer thermoplastischen Matrix 216, die mit Kunststoffschleifteilchen 218 ganz durchsetzt ist, besteht.
In den Fig. 33 - 35 werden in vergrößerten perspektivischen Ansichten drei coextrudierte Kern- Hüllen-Ausführungsformen 220, 230 und 240 von Schleiffilamenten gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, daß bei jeder Ausführungsform ein Teil der Hülle entfernt ist, so daß die jeweiligen Kerne zu sehen sind. Des weiteren wird darauf hingewiesen, daß der Kern oder die Hülle (oder beide), der (bzw. die) die Schleifteilchen enthält, nur einen Kern- oder Hüllenabschnitt oder -teil aufzuweisen braucht, der so gefüllt ist. Bei den in den Fig. 33 - 35 dargestellten Ausführungsformen können der Kern und/oder die Hülle oder beide ein thermoplastisches Elastomer oder einen Thermoplast oder. Mischungen davon umfassen.
Auf Fig. 33 Bezug nehmend, weist ein Schleiffilament 220 eine erste längliche Filamentkomponente in Form eines Kerns 222 auf, der eine thermoplastische Matrix 224 und Kunststoffschleifteilchen 226 enthält. Des weiteren weist das Schleiffilament 220 eine zweite längliche Filamentkomponente in Form einer mit dem Kern 222 coextrudierten Hülle 228 auf. Die thermoplastische Matrix 224 des länglichen Filamentkomponentenkerns 222 ist von mehreren darin haftenden Kunststoffschleifteilchen 226 ganz durchsetzt.
Fig. 34 zeigt eine alternative Schleiffilamentausführungsform 230, bei der die erste längliche Filamentkomponente in Form eines Kerns 232 vorliegt und die coextrudierte Hülle aus einer thermoplastischen Matrix 238 gebildet ist, die von mehreren darin haftenden Schleifteilchen 236 ganz durchsetzt ist. Bei dieser Ausführungsform enthält nur die Hülle Schleifteilchen.
Fig. 35 zeigt eine andere Kern-Hüllen- Schleiffilamentausführungsform 240 mit einer ersten Filamentkomponente in Form eines Kerns 242, der eine erste thermoplastische Matrix 244 umfaßt, und einer zweiten Filamentkomponente in Form einer coextrudierten Hülle, die eine zweite thermoplastische Matrix 248 umfaßt, und wobei sowohl der Kern als auch die Hülle Schleifteilchen 246a bzw. 246b enthalten. Die Schleifteilchen 246a und 246b können in bezug auf Art, Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und Verteilung im Kern und in der Hülle natürlich gleich oder verschieden sein. Zumindest eines der Schleifteilchen 246a und 246b umfaßt Kunststoffteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung. Es liegt im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, daß der Kern und die Hülle jeweils Schleifteilchen umfassen, wobei die Schleifteilchen zwischen Kern und Hülle gleich oder verschieden sein können. Als Alternative dazu kann der Kern oder die Hülle anorganische Schleifkörper und das andere Teil, die Hülle bzw. der Kern, Kunststoffschleifteilchen umfassen.
Die in den Fig. 33 - 35 schematisch gezeigten Schleiffilamente können die verschiedensten Kern- und Gesamtschleiffilamentdurchmesser aufweisen, die nur durch die Größe der Vorrichtung, die zur Herstellung der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix verwendet wird, und dem Artikel, an dem die Schleiffilamente befestigt werden sollen, begrenzt werden. Mit zunehmendem Durchmesser des Schleiffilaments nimmt natürlich die Anzahl von Schleiffilamenten, die an einer Unterlage, wie einer Nabe einer gegebenen Größe, befestigt werden können, ab. Kerndurchmesser für erfindungsgemäße Schleiffilamente, bei denen es sich um Kern-Hüllen- Strukturen für in typischen Handwerkzeugen verwendete Schleiffilamente handelt, betragen vorzugsweise mindestens ca. 0,1 mm, während die Schleiffilamente selbst vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 1,0 mm bis ca. 2,0 mm aufweisen. Diese Abmessungen könnten natürlich bei einer großen Schleifvorrichtung beträchtlich größer sein, und Schleiffilamente mit viel größeren Kern- und Gesamtdurchmessern liegen im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.
In den vergrößerten perspektivischen Ansichten der Fig. 36 - 39 werden vier Ausführungsformen 250, 260, 270 und 280 von Verbundschleiffilamenten gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, daß bei jeder Ausführungsform ein Teil der die thermoplastische Matrix und Kunststoffschleifteilchen umfassenden Hülle weggelassen wurde, um die vorgeformten Kerne zu zeigen.
Fig. 36 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Verbundschleiffilaments 250, das einen vorgeformten Kern 252 aufweist, der mit einer gehärteten Hüllenbeschichtung aus thermoplastischer Matrix 254 und Kunststoffschleifteilchen 258 bedeckt ist. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem vorgeformten Kern 252 um einen vorgeformten Kern mit einer 1 · 7-Stranganordnung, der zum Beispiel aus sieben einzelnen rostfreien Stahldrähten 256 hergestellt ist. Die thermoplastische Matrix der Hülle ist von mehreren darin haftenden Kunststoffschleifteilchen 258 ganz durchsetzt.
Fig. 37 zeigt eine alternative Verbundschleiffilamentausführungsform 260, bei der der vorgeformte Kern 262 aus mehreren parallelen Endlosmetalldrähten oder nichtmetallischen Monofilamenten 266 hergestellt ist, während Fig. 38 eine zweite alternative Ausführungsform 270 zeigt, bei der der vorgeformte Kern 272 ein Seil mit einer 3 · 7- Anordnung aus drei Strängen 276 ist, wobei die Stränge wiederum jeweils eine 1 · 7-Stranganordnung aus sieben einzelnen Metalldrähten oder nichtmetallischen Monofilamenten, wie in Fig. 36, sind. Die Verbundschleiffilamente 260 und 270 weisen jeweils eine gehärtete Hüllenbeschichtung aus thermoplastischer Matrix 264, 274 auf, die mit darin haftenden Kunststoffschleifteilchen 268, 278 ganz durchsetzt ist, die die vorgeformten Kerne 262 bzw. 272 bedecken. Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 37 sei darauf hingewiesen, daß die Hüllenbeschichtung zwischen den parallelen Monofilamenten des vorgeformten Kerns bestehen kann, so daß die einzelnen Monofilamente in gleichen oder verschiedenen Abständen angeordnet sein können.
Fig. 39 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer anderen Verbundschleiffilamentausführungsform 280 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem vorgeformten Kern 282 um einen einzelnen Endlosdraht oder ein Monofilament aus zum Beispiel rostfreiem Stahl oder Glasfaser. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen ist der Kern 282 mit einer gehärteten Hüllenbeschichtung aus thermoplastischer Matrix 284 überzogen, die mit mehreren darin haftenden Kunststoffschleifteilchen 288 durchsetzt ist.
Die in den Fig. 36 - 39 schematisch gezeigten Verbundschleiffilamente können verschiedenste Durchmesser des vorgeformten Kerns und die verschiedensten Gesamtverbundschleiffilamentdurchmesser aufweisen, die nur durch die Größe der zur Beschichtung des vorgeformten Kerns mit der Hüllenbeschichtung aus der thermoplastischen Matrix verwendeten Vorrichtung und den Artikel, an dem die Verbundschleiffilamente befestigt werden sollen, begrenzt werden. Mit zunehmendem vorgeformten Kerndurchmesser des Verbundschleiffilaments nimmt natürlich die Anzahl von Verbundschleiffilamenten, die an einer Unterlage, wie zum Beispiel einer Nabe gegebener Größe, befestigt werden können, ab. Durchmesser für vorgeformte Kerne für erfindungsgemäße Verbundschleiffilamente, die an typischen Handwerkzeugen verwendet werden, betragen vorzugsweise mindestens ca. 0,1 mm, während die Verbundschleiffilamente selbst vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 1,0 mm bis ca. 2,0 mm aufweisen. Diese Abmessungen könnten natürlich bei einer großen Schleifvorrichtung beträchtlich zunehmen, und Verbundschleiffilamente mit viel größeren vorgeformten Kern- und Gesamtdurchmessern liegen im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.

Vorgeformte Kerne

Bei der vorliegenden Erfindung geeignete Materialien für den vorgeformten Kern kann man sich als Schleifmittelbeschichtungsunterlage vorstellen, die hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften, mechanischen Eigenschaften und Umgebungsstabilitätseigenschaften ausgewählt und modifiziert werden kann. Das Material des vorgeformten Kerns ist vorzugsweise so ausgewählt oder kann so modifiziert werden, daß seine Oberfläche Adhäsion zwischen dem Kern und der thermoplastischen Matrixbeschichtung erreichen kann. Zu wichtigen mechanischen Eigenschaften gehören Zugfestigkeit und Biegefestigkeit bei Betrieb unter verschiedenen chemischen, thermischen und atmosphärischen Bedingungen.
Zu den bei den Filamenten der vorliegenden Erfindung geeigneten vorgeformten Kernen gehören Metalldrähte, wie zum Beispiel rostfreier Stahl, Kupfer und dergleichen; anorganische Fasern, wie zum Beispiel Glas- und Keramikfasern; Kunstfasern, wie zum Beispiel Aramid, Reyon und dergleichen; Naturfasern, wie zum Beispiel Baumwolle, und Mischungen davon. Obgleich Endlosmonofilamente verwendet werden können, werden als Stränge gebildete, Seil- und Garnvarianten dieser Materialien bevorzugt. Nach dem hier vorliegenden Gebrauch bezieht sich "als Stränge gebildet" auf verdrillte Drähte, während sich "Garn" auf verdrillte nichtmetallische Monofilamente bezieht. Zu typischen Anordnungen gehören 1 · 3-, 1 · 7- und 3 · 7- Anordnungen, wobei sich die erste Zahl auf die Anzahl der Stränge oder Garne und die zweite Zahl auf die Anzahl von in jedem Garn oder Strang verdrillten einzelnen Monofilamenten oder Drähten bezieht. "Seil" bezieht sich auf zwei oder mehr verdrillte Stränge, während sich "Zwirn" auf zwei oder mehr verdrillte Garne bezieht, die vorzugsweise die entgegengesetzte Verdrillrichtung als die Seile aufweisen (zum Beispiel kann der Zwirn "links" verdrillt sein, wenn die Seile "rechts" verdrillt sind). Als Alternative dazu kann der vorgeformte Kern in Form von nicht verdrillten Endlosdrähten oder Monofilamenten vorliegen. Zu bevorzugten Garnen gehören Glasfasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern, Polyethylenterephthalatfasern, Baumwollfasern, gezwirnte Varianten und Gemische davon.
Der Durchmesser des vorgeformten Kerns beträgt vorzugsweise mindestens ca. 0,01 mm, besonders bevorzugt von ca. 0,1 mm bis ca. 0,7 mm, obgleich es eigentlich keine andere Obergrenze für den Durchmesser gibt, als durch derzeit bekannte Herstellungsverfahren für Filamente auferlegt wird.
Zu einigen im Handel erhältlichen und bei der vorliegenden Erfindung geeigneten vorgeformten Kernmaterialien gehören eine 1 · 7-Stranganordnung aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser (AD) von 0,305 mm, erhältlich von der Firma National Standard, Specialty Wire Division, Niles, MI; ein Endlosgiasfilamentgarn mit ca. 204 Monofilamenten, das unter der Bestellnummer "ECH 18 I/O 0.52 603-0", hier als "OCF H-18" bezeichnet, bekannt ist, und ein ähnliches Glasfilamentgarn, das einer Epoxysilanvorbehandlung unterzogen wird und unter der Bestellnummer "ECG 75 1/2 2.8 S 603-0", hier als "OCF- G75" bezeichnet, bekannt ist, die beide von der Firma Owens-Corning Fiberglass Corporation, Toledo, OH erhältlich sind; Garne aus Aramidfasern, die unter der Handelsbezeichnung "Kevla" (200-3000 Denier, ungedreht, Typ 964) bekannt sind und von der Firma Du Pont hergestellt und vertrieben werden; und die aus Aramid-, Polyamid und Polyesterfasern hergestellten Zwirne mit den Textilbezeichnungen Nr. 69, Nr. 92 und Nr. 138 (wobei die Nummern sich auf das Gewicht des Zwirns beziehen), die von der Firma Eddington Thread Manufacturing Company, Bensalem, PA, erhältlich sind.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen wird der vorgeformte Kern mit einer Vorbehandlungschemikalie, wie zum Beispiel einem Klebstoff oder Dichtungsmittel, behandelt, die dazu dient, die thermoplastische Matrix an den vorgeformten Kern zu kleben. Bei einer Gruppe von Vorbehandlungschemikalien, die geeignet ist, wenn es sich bei dem vorgeformten Kern um Glasseidenzwirn handelt, handelt es sich um Silanhaftvermittler, wie zum Beispiel Epoxysilane.
Die Hüllenkomponente der Hüllen/Kernfilamentausführungsform bedeckt vorzugsweise den gesamten coextrudierten oder vorgeformten Kern, obgleich dies nicht erforderlich ist. Es ist vorstellbar, daß die Hülle nur die Seite des Kerns bedeckt, die auf das Werkstück auftrifft, und Filamente dieser Ausführung werden als vom Schutzbereich der Erfindung abgedeckt betrachtet. Wie für Fachleute offensichtlich wäre, braucht die Hülle nicht die gleiche äußere Konfiguration aufzuweisen wie der Kern; zum Beispiel könnte die Hülle einen rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen, während der Kern einen ungefähr kreisrunden Querschnitt aufweist. Wenn die Hülle den Kern vollständig bedeckt, wie bei den oben erörterten bevorzugten Filamentausführungen, kann das Verhältnis der Querschnittsfläche der Hülle zur Querschnittsfläche des Kerns von ca. 0,5 : 1 bis ca. 100 : 1 stark variieren. Besonders bevorzugt reicht das Verhältnis der Querschnittsflächen von ca. 1 : 1 zu ca. 10 : 1, ganz besonders bevorzugt von ca. 1 : 1 bis ca. 3 : 1.

Thermoplastische Matrix

Der Betriff "thermoplastische Matrix" bedeutet, daß sich das Material zu einem schmelzflüssigen Zustand erwärmen und dann anschließend zu einem festen Zustand abkühlen läßt. Die thermoplastische Matrix kann ein beliebiges thermoplastisches Polymer oder thermoplastisches Elastomer sein. Weiterhin liegt die Verwendung von Mischungen aus verschiedenen thermoplastischen Polymeren, thermoplastischen Elastomeren oder Mischungen aus thermoplastischen Polymeren mit thermoplastischen Elastomeren im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

Thermoplastische Elastomere

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der thermoplastischen Matrix um ein thermoplastisches Elastomer handeln. Zu thermoplastischen Elastomeren gehören die in den US-Patenten Nr. 5,427,595 und 5,460,883 und die oben unter Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen der Schleifbürsten und -segmente 10, 110 beschriebenen.
Die mechanischen Eigenschaften segmentierter thermoplastischer Elastomere (wie zum Beispiel Zugfestigkeit und Bruchdehnung) hängen von mehreren Faktoren ab. Der Anteil der harten Segmente in den die Elastomere bildenden Polymeren, ihre chemische Zusammensetzung, ihre Molekulargewichtsverteilung, die Herstellungsverfahren und die thermische Vorgeschichte des Elastomers beeinflussen alle den Grad der Bildung harter Domänen. Die Erhöhung des Anteils des niedermolekularen polyfunktionellen Monomers wirkt dahingehend, die Härte und den Modul des sich ergebenden Elastomers zu erhöhen und die Bruchdehnung zu vermindern.
Die obere Einsatztemperatur von segmentierten Elastomeren hängt von dem Erweichungs- und Schmelzpunkt des die harten Segmente enthaltenden niedermolekularen polyfunktionellen Monomers ab. Für Langzeitalterung ist auch die Stabilität des das weiche Segment, enthaltenden hochmolekularen polyfunktionellen Monomers von Bedeutung. Bei erhöhten Temperaturen und einem geringeren Anteil von harten Segmenten, die zu harten Domänen beitragen können, ist der Biegemodul und die Zugfestigkeit der Elastomere allgemein reduziert. Wie für Fachleute auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung möglicherweise offensichtlich ist, ist es zur Erhöhung der oberen Nutztemperatur eines segmentierten Elastomers erforderlich, niedermolekulare polyfunktionelle Monomere einzuführen, die zur Bildung harter Domänen, die bei höheren Temperaturen erweichen oder schmelzen, geeignet sind. Obgleich die Erhöhung der Menge oder des Äquivalentgewichts von niedermolekularen polyfunktionellen Monomeren zu Elastomerhärte führt, kann dies jedoch zu verminderten Elastizitätseigenschaften und verminderter Biegefestigkeit der daraus hergestellten Filamente führen.
Wie oben erwähnt, haben sich auch Mischungen aus thermoplastischen Elastomeren und anderen Polymeren, wie zum Beispiel die Polyurethan/Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischungen, die unter der Handelsbezeichnung "Prevail", Qualitäten 3050, 3100 und 3150, alle von der Firma Dow Chemical, als brauchbar erwiesen.
Blockcopolymere, die von Fachleuten auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung als thermoplastische Elastomere betrachtet werden, zu denen die elastomeren Copolymere aus Siliconen und Polyimiden gehören, können sich auch in erfindungsgemäßen Filamenten als brauchbar erweisen. Zu im Handel erhältlichen elastomeren Copolymeren aus thermoplastischen Siliconen und Polyimiden gehören die unter der Handelsbezeichnung "Siltem STM-1500", von der Firma GE Silicones, Waterford, NY, bekannten. Diese Copolymere weisen eine Zugfestigkeit von ca. 25 Mpa, eine Dehnung von 105% und ein Biegemodul von ca. 415 Mpa auf.
Ionomere, die sich wie ionomere thermoplastische Elastomere verhalten können und somit bei der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, wie zum Beispiel die unter der Handelsbezeichnung "SURLYN" bekannten Ionomere, werden vorzugsweise durch Coplymerisation eines funktionalisierten Monomers und eines olefinischen ungesättigten Monomers oder durch direkte Funktionalisierung eines vorgeformten Polymers, wie oben erwähnt, hergestellt. Durch die große Menge an Handelsqualität aufweisenden Ethylen/Methacrylsäure- Copolymeren, die zum Beispiel zwischen ca. 5 und ca. 20 Gew.-% Methacrylsäurekomponente enthalten, sind diese Ionomere bei der vorliegenden Erfindung besonders brauchbar.

Thermoplastische Polymere

Zu Beispielen für für die vorliegende Erfindung beliebige der geeignete thermoplastische Polymere zählen beliebige der oben unter Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen der Schleifbürsten und - segmente 10, 110 beschriebenen.

Additive

Beliebige der oben unter Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen der Schleifbürsten und - segmente 10, 110 beschriebenen Additive können mit den Filamenten 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270 und 280 verwendet werden. Dazu gehören die oben beschriebenen Schmiermittel, Haftvermittler, Füllstoffe und Schleifhilfsmittel.

Zähigkeitsverbesserer

Weiterhin kann das Filament einen Zähigkeitsverbesserer enthalten. Zu Beispielen für solche Zähigkeitsverbesserer zählen kautschukartige Polymere und Weichmacher. Zu speziellen Beispielen für Zähigkeitsverbesserer zählen Toluolsulfonamidderivative, Styrol-Butadien-Copolymere, Polyetherblockpolyamid (von der Firma Atochem im Handel unter der Handelsbezeichnung "Pebax" erhältlich), Polyamid mit Kautschukpfropfung (von der Firma Du Pont im Handel unter der Handelsbezeichnung "Zytel FN" erhältlich) und ein Dreiblock-Polymer aus Styrol-(Ethylen-Butylen)- Styrol (von der Firma Shell Chemical Co. im Handel unter der Handelsbezeichnung "Kraton 1901X" erhältlich).

Artikel

Erfindungsgemäße Kunststoffschleifteilchenfilamente können den verschiedensten Bürsten einverleibt werden, und zwar sind sie entweder so zusammengebaut, daß sie ein offenes, lockeres Schleifkissen bilden, oder an verschiedenen Trägern befestigt. Fig. 40 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundbürste 290, die mehrere mit der Nabe 292 verklebte oder auf andere Weise daran befestigte Filamente 291 aufweist.
Die erfindungsgemäßen Filament e können Bürsten verschiedenster Art und mit zigfachen Anwendungen, wie zum Beispiel Reinigung, Entgratung, Abrundung, dekorative Oberfächenbearbeitung von Metall-, Kunststoff- und Glasunterlagen und ähnlichen Anwendungen, einverleibt werden. Zu den Bürstenarten zählen Rundbürsten, Zylinderbürsten (wie zum Beispiel Leiterplattenreinigungsbürsten), Mini-Schleifbürsten, Bodenschrubbürsten, Topfbürsten, Endbürsten, Topfbürsten mit aufgeweitetem Ende, Topfbürsten mit kreisförmigem, aufgeweitetem Ende, beschichtete Topfbürsten und Bürsten mit veränderlichem Schneidende, Bürsten mit ummanteltem Ende, Bürsten mit Führungszapfen zur Bondingvorbereitung, Rohrbürsten verschiedener Form, Schraubenfederbürsten, Abzugsreinigungsbürsten, Kamin- und Kanalbürsten und dergleichen. Bei allen Bürsten können die Filamente natürlich gleich oder verschieden sein. Eine nicht einschränkende Liste von beispielhaften Bürsten, in denen die mit Kunststoffteilchen gefüllten Filamente verwendet werden können, umfaßt Bürsten, wie zum Beispiel die in den US-Patenten Nr. 5,016,311, 5,083,840 und 5,233,719 (Young et al.) und 5,400,458 (Rambosek) beschriebenen.
Im allgemeinen besteht eine solche Bürstenausführung aus einer Basisschicht, einer Bindemittelschicht und den Borsten. Die Borsten sind einzeln und gleichmäßig so im Bindemittel eingebettet, daß sie nach oben ragen und allgemein parallel zueinander sind. Die Basisschicht und die Bindemitteischicht können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichem Material sein, und im allgemeinen handelt es sich bei diesen Schichten um Polymermaterialien. Die Basisschicht kann zum Beispiel ein flexibler, elastischer, polymerischer, offenzelliger Schaumstoff, ein Polyestermaterial oder ein Polyamidmaterial sein. Darüber hinaus kann ein Baumwoll-, Polyamid- oder Polyestergewebe in diese Polymermaterialien eingebracht sein. Bei der Bindemittelschicht handelt es sich in der Regel um ein halbstarres Polymermaterial, wie zum Beispiel Polyurethan, Polyester, Epoxid oder Polyamid. Wenn die Basis und die Bindemittelschicht gleich sind, wird die Verwendung eines Polyurethanmaterials bevorzugt. Im allgemeinen beträgt die Dicke dieser Basis- und Bindemittelschichten zwischen 1 und 10 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2 und 5 Millimeter. Je größer der Durchmesser der Borsten ist, desto dicker ist natürlich die Bindemittelschicht.
Diese Bürstenausführung braucht nur die Schleiffilamente der Erfindung umfassen. Als Alternative dazu kann die Bürstenausführung ein Gemisch aus den Schleiffilamenten der Erfindung und herkömmlichen Filamenten umfassen. Zu solchen herkömmlichen Filamenten zählen jene ohne Schleifteilchem und jene mit herkömmlichen anorganischen Schleifteilchen.
Die herkömmlichen Filamente können aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Polypropylen, Polyester, Polyethylen und Metallfaser ausgewählt werden. In einigen Fällen können die Filamente hohl sein, was auf dem Gebiet der Bürstentechnik wohlbekannt ist. Darüber hinaus können die Polymerfilamente Schleifteilchen, wie die in der Technik wohlbekannten, wie zum Beispiel Silziumkarbid und Aluminiumoxid, enthalten. Die Teilchengröße dieser Schleifteilchen ist je nach Anwendung unterschiedlich, beträgt im allgemeinen aber von 10 bis 600 Mikrometer, vorzugsweise 15 bis 120 Mikrometer. Wenn das Filament die Schleifteilchen enthält, erzeugt das Bürstenkonstruktionsmaterial in der Regel eine matte Oberfläche auf dem Werkstück.
Enthält das Filament keine Schleifteilchen, wird in der Regel eine glänzende Oberfläche auf dem Werkstück erzeugt.
Der Durchmesser der Filamente kann von 0,01 bis 100 mm, in der Regel 0,05 mm bis 50 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm bis 10 mm und ganz besonders bevorzugt 0,25 mm bis 5 mm betragen. Die FiTamentlänge oder Besatzlänge kann von 1 bis 1000 Millimeter, in der Regel 2 bis 100 mm, vorzugsweise 3 bis 75 mm, besonders bevorzugt 4 bis 50 mm und ganz besonders bevorzugt 5 bis 50 mm betragen.
Bei einigen Anwendungen stehen die Filamente fast senkrecht zur Bindemittelschicht, bei anderen Anwendungen, wie zum Beispiel Fördersystemen, sind die Filamente in einem bestimmten Winkel oder in einer bestimmten Neigung angeordnet.
Borsten oder Filamente nach der vorliegenden Erfindung lassen sich in anderen nichtschleifenden Anwendungen, wie zum Beispiel Autowaschbürsten, Straßenreinigungsgeräten, Schneeschleudern und Grassaugeinrichtungen, verwenden.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Borste mit Kunststoffschleifteilchen und darin eingekapseltem Material bereitgestellt. Zu Beispielen für das eingekapselte Material zählen Seifen, Schmiermittel, Rostschutzmittel und Antistatika. Bei einer besonderen Ausführungsform kann Phosphorsäure (oder ein ähnlicher Stoff) einer Borste mit Kunststoffschleifteilchen hinzugefügt werden. Eine mit solchen Borsten hergestellte Bürste wäre bei der Entfernung und/oder Neutralisierung von Oberflächenrost auf Artikeln, wie zum Beispiel Kraftfahrzeugen, Bänken und Schaukelanordnungen, geeignet.

Werkstück

Das Werkstück kann aus einer beliebigen Werkstoffart, wie zum Beispiel Metall, Metallegierungen, exotischen Metallegierungen, Keramiken, Glas, Holz, holzartigen Materialien, Verbundwerkstoffen, lackierter Oberfläche, Kunststoffen, verstärkten Kunststoffen, Stein und Kombinationen davon, bestehen. Des weiteren kann das Werkstück eine unerwünschte externe Schicht oder Beschichtung über der Werkstückoberfläche enthalten. Diese Beschichtung kann zum Beispiel Farbe, Schmutz, Schutteilchen, Öl, Oxidbeschichtung, Rost, Klebstoff, Dichtungsmaterial und dergleichen sein. Das Werkstück kann flach sein oder eine ihm zugeordnete Form oder Kontur aufweisen. Zu Werkstückbeispielen gehören Glasbrillen, Kunststoffbrillen, Kunststofflinsen, Glasfernsehbildschirme, Kraftfahrzeugteile aus Metall, Kunststoffteile, Spanplatten, Nockenwellen, Kurbelwellen, Küchenspülen, Badewannen, Möbel, Turbinenschaufeln, lackierte Kraftfahrzeugteile, Magnetstoffe und dergleichen.
In Abhängigkeit von der Anwendung kann die Kraft an der Abriebgrenzfläche in einem Bereich von 0,1 kg bis zu über 100 kg liegen. Allgemein liegt dieser Kraftbereich zwischen 1 kg und 50 kg an der Abriebgrenzfläche. Des weiteren kann in Abhängigkeit von der Anwendung beim Abrieb eine Flüssigkeit vorhanden sein. Bei dieser Flüssigkeit kann es sich um Wasser und/oder um eine organische Verbindung handeln. Zu Beispielen für typische organische Verbindungen zählen Schmiermittel, Öle, emulgierte organische Verbindungen, Schneidfluide, Seifen oder dergleichen. Diese Flüssigkeiten können auch andere Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Entschäumer, Entfetter, Korrosionshemmstoffe oder dergleichen, enthalten. Die Schleifartikel können im Gebrauch an der Abriebfläche schwingen. In einigen Fällen kann diese Schwingung zu einer feineren Oberfläche am gerade abgeriebenen Werkstück führen.
Der erfindungsgemäße Bürstenartikel kann von Hand oder in Kombination mit einer Maschine zur Verfeinerung einer Oberfläche durch Reinigung einer Werkstückoberfläche, einschließlich Entfernung von Farbe/Lack oder anderen Beschichtungen, Dichtungsmaterial, Korrosion oder anderen Fremdkörpers, verwendet werden. Die Bürste und/oder das Werkstück werden/wird bezüglich des anderen Teils, das heißt bezüglich des Werkstücks oder der Bürste, bewegt. Der Schleifartikel oder die Bürste können zu einem Riemen, Bandrollen, einer Scheibe, einer Bahn und dergleichen, umgestaltet werden. In der Regel sind Bürstenscheiben durch ein Befestigungsmittel an einer Tragunterlage befestigt. Diese Bürstenscheiben können sich zwischen 100 und 20 000 Umdrehungen pro Minute, in der Regel zwischen 1000 und 15 000 Umdrehungen pro Minute, drehen.

Verfahren zur Herstellung von Verbundfilamenten aus Kunststoffteilchen

Im allgemeinen umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schleiffilaments die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer Thermoplastmatrix und Kombinieren von Kunststoffschleifteilchen damit;
(b) Extrudieren der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix und Kunststoffschleifteilchen; und
(c) Abkühlen der Beschichtung auf eine Temperatur, die zum Härten der Thermoplastmatrix und somit Bilden einer gehärteten Zusammensetzung aus einer Thermoplastmatrix, die ganz von Kunstoffschleifteilchen durchsetzt ist, ausreicht.
Eine erste Variation dieses Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer ersten Thermoplastmatrix und Kombinieren von Kunststoffschleifteilchen damit;
(b) Bereitstellen einer zweiten Thermoplastmatrixschmelze;
(c) Coextrudieren der ersten Thermoplastmatrix und Kunststoffschleifteilchen und der zweiten Thermoplastmatrix, so daß die erste Thermoplastmatrix and die Kunststoffschleifteilchen einen Kern bilden und die zweite Thermoplastmatrix eine Beschichtung bildet, die den Kern im wesentlichen bedeckt;
(d) Abkühlen auf eine Temperatur, die zum Härten der schmelzflüssigen ersten und zweiten Thermoplastmatrix und somit Bilden eines Schleiffilaments mit dem Kern aus der zweiten Thermoplastmatrix und einer Hülle aus einer ersten Thermoplastmatrix, in der durchweg Kunststoffschleifteilchen verteilt sind, ausreicht, wobei die Hülle im wesentlichen über den Kern vorhanden ist.
Eine zweite Variation dieses Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer ersten Thermoplastmatrix;
(b) Schmelzen einer zweiten Thermoplastmatrix und Kombinieren von Kunststoffschleifteilchen damit;
(c) Coextrudieren der ersten Thermoplastmatrix und der zweiten Thermoplastmatrix und der Kunststoffschleifteilchen, so daß die erste Thermoplastmatrix einen Kern bildet und die zweite Thermoplastmatrix und die Kunststoffschleifteilchen eine Beschichtung bilden, die den Kern im wesentlichen bedeckt;
(d) Abkühlen auf eine Temperatur, die zum Härten der schmelzflüssigen ersten und zweiten Thermoplastmatrix und somit Bilden eines Schleiffilaments mit einem Kern aus der ersten Thermoplastmatrix und einer Hülle aus der zweiten Thermoplastmatrix und den Kunststoffschleifteilchen ausreicht, wobei die Hülle im wesentlichen über den Kern vorhanden ist.
Eine dritte Variation dieses Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer ersten Thermoplastmatrix und Kombinieren erster Kunststoffschleifteilchen damit;
(b) Schmelzen einer zweiten Thermoplastmatrix und Kombinieren von zweiten Kunststoffschleifteilchen damit;
(c) Coextrudieren der ersten Thermoplastmatrix und der ersten Kunststoffschleifteilchen und der zweiten Thermoplastmatrix und der zweiten Kunststoffschleifteilchen, so daß die erste Thermoplastmatrix und die ersten Kunststoffschleifteilchen einen Kern bilden und die zweite Thermoplastmatrix und die zweiten Kunststoffschleifteilchen eine Beschichtung bilden, die den Kern im wesentlichen bedeckt;
(d) Abkühlen auf eine Temperatur, die zum Härten der schmelzflüssigen ersten und zweiten Thermoplastmatrix und somit Bilden eines Schleiffilaments mit einem Kern aus der ersten Thermoplastmatrix und den ersten Kunststoffschleifteilchen und einer Hülle aus der zweiten Thermoplastmatrix und den zweiten Kunststoffschleifteilchen ausreicht, wobei die Hülle im wesentlichen über den Kern vorhanden ist.
Die zweite, dritte und vierte soeben beschriebene Variation lassen sich vorzugsweise gemäß dem US-Patent Nr. 5,427,595 (Pihl et al.) durchführen. Die Verfahren und Vorrichtungen zum Coextrudieren von Kern/Hüllen-Filamenten nach den Lehren von Pihl et al. können vorteilhafterweise gemäß dem Kenntnisbereich von Fachleuten zur Extrudierung von Monofilamentausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung modifiziert werden.
Eine vierte Variation dieses Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer Thermoplastmatrix und Kombinieren von Kunststoffschleifteilchen damit;
(b) Beschichten mindestens eines Teils eines vorgeformten Kerns mit einer Beschichtung aus der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix und den Kunststoffschleifteilchen; und
(c) Abkühlen der Beschichtung auf eine Temperatur, die zum Härten der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix und somit Bilden einer gehärteten Zusammensetzung aus einer Thermoplastmatrix, die durchweg mit Kunststoffschleifteilchen durchsetzt ist, ausreicht.
Das soeben beschriebene Verfahren zur Herstellung von Verbundfilamenten läßt sich vorzugsweise gemäß dem US-Patent Nr. 5,460,885 (Barber et al.) durchführen.
Solche Verbundfilamente können durch ein beliebiges der verschiedensten Verfahren hergestellt werden, die von Barber et al. gelehrt werden, einschließlich Hindurchführen eines oder mehrerer vorgeformter Kerne durch ein Werkzeug, in dem die vorgeformten Kerne bei ihrem Lauf durch das Werkzeug mit einer schmelzflüssigen mit Kunststoffteilchen gefüllten Thermoplastmatrix überzogen werden, Spritzbeschichten einer mit Kunststoffteilchen gefüllten Schmelzflüssigen Thermoplastmatrix auf einen vorgeformten Kern oder durch Hindurchführen eines vorgeformten Kerns durch ein Bad aus schmelzflüssiger Thermoplastmatrix, dann Aufbringen von Schleifteilchen auf die Beschichtung aus schmelzflüssiger Thermoplastmatrix. (Als Alternative könnten die Kunststoffschleifteilchen in dem Bad aus schmelzflüssiger Thermoplastmatrix vorhanden sein.) Kunststoffschleifteilchen können durch- Schleudern der Kunststoffschleifteilchen zu dem mit der Thermoplastmatrix beschichteten vorgeformten Kern unter Wirkung von Kraft, wie zum Beispiel elektrostatischer Kraft, auf den mit der Thermoplastmatrix beschichteten Kern aufgebracht werden. Bevorzugt wird jedoch das zuerst genannte Verfahren, bei dem ein oder mehrere vorgeformte Kerne durch ein Werkzeug geführt werden, das die vorgeformten Kerne zumindest teilweise mit schmelzflüssiger, mit Kunststoffteilchen gefüllter Thermoplastmatrix beschichtet, und die schmelzflüssige Thermoplastmatrix zur Bildung der gehärteten Zusammensetzung abgekühlt wird.
Eine fünfte Variation dieses Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte:
(a) Schmelzen einer Thermoplastmatrix und Kombinieren von Kunststoffschleifteilchen damit;
(b) Extrudieren der Thermoplastmatrix und der Kunststoffschleifteilchen, so daß die Thermoplastmatrix und die Kunststoffschleifteilchen eine bahnförmige Struktur bilden;
(c) Abkühlen der Struktur auf eine Temperatur, die zum Härten der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix und somit Bilden einer Bahn ausreicht;
(d) Umgestalten der Bahn zu filamentförmigen Strukturen.
Das Umgestalten der Bahn zu filamentförmigen Strukturen kann zum Beispiel durch Stanzen, Wasserstrahlschneiden, Fibrillieren oder Rotationsschneiden erfolgen.
Bei der Herstellung des Filaments sollte sich die Wahl des Verfahrens und Materials nach den folgenden Bedingungen richten. Die Kunststoffschleifteilchen sollten während des Extrusionsvorgangs nicht wesentlich schmelzen oder beeinträchtig werden. Somit liegt der Schmelzpunkt und/oder Erweichungspunkt der Thermoplastmatrix in der Regel unter dem der Kunststoffschleifteilchen. Dadurch kann die Thermoplastmatrix während des Extrusionsvorgangs schmelzflüssig gemacht werden, während die thermoplastischen Schleifteilchen jedoch nicht schmelzen oder schmelzflüssig werden. Nach der Verarbeitung bleiben die Kunststoffschleifteilchen als separate Teilchen in der Thermoplastmatrix. Bei der vorliegenden Erfindung hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Schleiffilament unter Berücksichtigung dessen, daß zwei verschiedene organische Materialien das Filament bilden, hergestellt werden kann. Das die Thermoplastmatrix bildende organische Material schmilzt, während das die Kunststoffschleifteilchen bildende organische Material im wesentlichen im nicht schmelzflüssigen Zustand verbleibt. Des weiteren sollte bei der Verarbeitung die Schmelz- und/oder Extrusionstemperatur derart sein, daß die Kunststoffschleifteilchen nicht übermäßig geschmolzen und/oder beeinträchtigt werden. Die Oberfläche der. Kunststoffschleifteilchen sollte relativ "trocken" sein, so daß bei der Verarbeitung kein Gas (das heißt Wasserdampf) abgegeben wird. Wenn bei der Verarbeitung Gas oder flüchtige Stoffe abgegeben werden, kann dies zu unerwünschten Hohlräumen oder Defekten im Schleiffilament führen.
Bei dem verwendeten Extruder kann es sich um einen Einzylinder- oder einen Doppelschneckenextruder handeln. Darüber hinaus kann ein CTM-Mischer (CTM - cavity transfer mixer) verwendet werden. Diese Extruder sind auf dem technischen Gebiet der Extrusion von Thermoplasten bekannt. Temperaturen, Materialzufuhrraten, Trichter und dergleichen sind auch bekannt.
Die Kunststoffschleifteilchen können mit dem Thermoplast vermischt werden, während sich der Thermoplast entweder im schmelzflüssigen oder im festen Zustand befindet. Ein einzelner Polymer-/Kunststoffstrom kann zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filamente verwendet werden. Bei einem alternativen Verfahren können zwei einzelne Zufuhrströme verwendet werden.
Kunststoffschleifteilchen können in die schmelzflüssige Thermoplastmatrix durch einen Zufuhrkanal im Extruder in die schmelzflüssige Thermoplastmatrixmasse eingebracht werden, und zwar vorzugsweise zu einem so frühen Zeitpunkt, daß eine angemessene Verteilung der Kunststoffschleifteilchen in der ganzen schmelzflüssigen Thermoplastmatrix gewährleistet wird. Als Alternative dazu können die Kunststoffschleifteilchen in einem zweiten Schritt, zum Beispiel durch elektrostatische Beschichtung, in der schmelzflüssigen Thermoplastmatrixbeschichtung verteilt werden (das heißt nach der Beschichtung des vorgeformten Kerns mit schmelzflüssiger Thermoplastmatrix).
Die Thermoplast und Kunststoffschleifteilchen umfassenden erfindungsgemäßen Filamente können zu Querschnittsformen wie Kreisen, Ovalen und Ellipsen, Vielecken wie zum Beispiel Quadraten, Rechtecken, Sechsecken und Trapezoiden, Sternen und zu jeder beliebigen anderen Form extrudiert werden.
Eine Kaltwasserabschreckvorrichtung ist vorzugsweise unmittelbar stromabwärts des Werkzeugs angeordnet, durch die das schmelzflüssige extrudierte oder coextrudierte Filament oder der mit Thermoplastmatrix beschichtete vorgeformte Kern geführt wird, um eine schnelle Abkühlung der schmelzflüssigen Thermoplastmatrix zur Bildung einer gehärteten Zusammensetzung aus Thermoplastmatrix und Kunststoffteilteilchen zu erreichen. Ein Verfahren, bei dem mehrere vorgeformte Kerne gleichzeitig beschichtet oder mehrere Filamente extrudiert oder coextrudiert werden, kann im Hinblick auf Massenherstellung von Kunststoffteilchenfilamenten bevorzugt werden. Dies kann durch Verwendung einer Verteileranordnung erreicht werden. In diesem Fall können mehr als eine Aufwickelwalze erforderlich sein.
Das Kunststoffschleiffilament kann dann zu einzelnen Kunststoffteilchenfilamenten mit der gewünschten Länge geschnitten werden. Obgleich die Ausrichtung der Filamente zur Erhöhung ihrer Zugfestigkeit vor der Verwendung im Schutzbereich der Erfindung liegt, ist dies nicht erforderlich.
Nach der Härtung des schmelzflüssigen Kunststoffteilchenfilaments kann eine Beschichtung (zum Beispiel eine Kunststoffbeschichtung) auf die Filamente aufgebracht werden. Weiterhin können im Schutzbereich der Erfindung die Kunststoffschleifteilchen aus dem Filament vorragen.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird unter Betrachtung der folgenden ausführlichen Beispiele weiter beschrieben. Diese Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der verschiedenen bestimmten und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken. Es versteht sich jedoch, daß viele Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bei allen Beispielen sind alle Teile und Prozente Gewichtsteile und -prozente, wenn nicht anders angegeben. Die "Klasse" der Kunststoffschleifteilchen bezieht sich auf die vom Grinding Wheel Institute (ANSI ASC B74.18-1984) verwendete.

Beispiele 1 - 70

Die Beispiele 1 - 70 wurden allgemein gemäß den oben anhand der Fig. 1 - 3 beschriebenen Ausführungsformen aufgestellt.
Bei der verwendeten Spritzgießmaschine handelte es sich um einen 75 t Van Dorn-Einschußextruder mit einem Knebelverriegelungssystem, einem 54 g (3 oz)- Zylinder und einer Universalschnecke. Die Formparameter änderten sich für jedes Beispiel aufgrund von Formulierungsänderungen, Formwerkzeugausführung, Formzustand, Schneckenzustand und Zylinderzustand. Zu typischen Formparametern gehörten: Düsentemperatur 232ºC (450ºF), Temperatur am Vorderende des Zylinders (nahe der Düse) 226ºC (440ºF), Temperatur am Hinterende des Zylinders (nahe dem Trichter) 221ºC (430ºF), Schneckendrehung 450 U/min. 2760-3450 kPa (400-500 psi) Einspritzdruck, 5,1 mm (0,200 Zoll) Puffer und eine Schußstrecke oder -länge von 7,37 em (2,90 Zoll). Die zeitdauer eines kompletten Zyklus betrug im Durchschnitt 36 Sekunden pro Schleifbürste.
Die für die Beispiele verwendeten Formulierungen werden in Tabelle 1 wiedergegeben. Es werden die verwendeten Polymerkomponenten und die Art und Menge der Schleifteilchen aufgelistet. Vor dem Formen wurde jede der Verbindungen vier Stunden lang in einem Bryant-Lufttrockner bei 65ºC (150ºF) getrocknet. Die Basis 12 der Schleifbürsten 10 wies einen Durchmesser von 5 cm (2 Zoll) und eine Dicke von 2,54 mm (0,1 Zoll) auf. Die Schleifbürste 10 hatte 254 integral geformte Borsten 18. Jede Borste 18 wies eine Länge von 1,27 mm (0,50 Zoll) und eine Konizität mit einem Durchmesser von 2,54 mm (0,10 Zoll) an der Wurzel bis zu einem Durchmesser von 1,27 mm (0,05 Zoll) bei 80% der Länge von der Wurzel 20 zur Spitze 22 und einen Durchmesser von 1,27 mm (0,05 Zoll) für den Rest der Länge bis zur Spitze 22 auf. Bei einigen Schleifbürsten betrug der Übergangsradius am Übergang von der Borste zur Basis ca. 0,25 mm (0,01 Zoll), der in Tabelle 2 als Übergang A wiedergegeben ist. Andere Schleifbürsten wiesen einen Übergangsradius von ca. 0,64 mm (0,025 Zoll) auf, der in Tabelle 3 als Übergang B wiedergegeben ist. Jede Schleifbürste 10 enthielt einen integral geformten Gewindezapfen als Befestigungsmittel 30 gemäß dem US-Patent Nr. 3,562,968 (Johnson et al.).
Bei der Herstellung der unten beschriebenen Beispiele wurden die folgenden Komponenten verwendet:

FORMBARES POLYMER

HytrelTM TPE auf Polyesterbasis, erhältlich von E.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware.
LubricompTM TPE auf Polyesterbasis, mit 15% PTFE- YL-4030 Schmiermittel;
LubricompTM TPE auf Polyesterbasis, mit 20% YF-1004 Glasfaserverstärkung;
LubricompTM TPE auf Polyesterbasis, mit 20% YC-1004 Kohlefaserverstärkung; alle erhältlich von LNP Engineering Plastics in Exton, PA.
LomadTM Harz TPE auf Polyesterbasis, erhältlich von B0100 General Electric Co. in Pittsfield, MA.
EstaneTM TPE auf Polyurethanbasis, erhältlich von B.F. Goodrich, Cleveland, Ohio.
PebaxTM 5533 TPE auf Polyamidbasis, erhältlich von SA00 Atochem Inc., Glen Rock, New Jersey.
DuraflexTM Polybutylen-TP, erhältlich von Shell 0110 Chemical Co. in Houston, TX.
ProfaxTM KS075P TP auf Polypropylenbasis;
ProfaxTM KS084P TP auf Polypropylenbasis; beide erhältlich von Himont USA Inc. in Wilmington, DE.
GrilonTM CR9 Polyamid 6,12 TP, erhältlich von EMS- American Grilon; Inc. in Sumter, SC.

SCHMIERMITTEL

BY27-005 Polymerschmelzadditiv auf Polyamidbasis; BY27-010 Polymerschmelzadditiv auf Polyesteroder MB50- Elastomer-Basis; beide erhältlich von 010) Dow Corning Company, Midland, Michigan.

HAFTVERMITTLER

Silan Silan-Haftvermittler, in der Regel aminofunktionell wie zum Beispiel gamma- Aminopropyltriethoxysilan, erhältlich als A-1100 oder -1102 von Union Carbide Corporation, New York, NY.
Z-6030 methacrylatfunktioneller Silanhaftvermittler;
Z-6075 vinylfunktioneller Silanhaftvermittler, beide erhältlich von Dow Corning Corporation, Midland, Michigan.

SCHLEIFTEILCHEN

SiC Siliziumkarbid
Al&sub2;O&sub3; Elektrokorund, vorbehandelt von Exolon ESK Company, Tonawanda, NY, oder Washington Mills Electro Minerals Corp,, North Grafton, MA.
Al&sub2;O&sub3; (h) vorbehandelter Elektrokorund.
CA01 Keramik auf alpha-Aluminiumoxidbasis aus alpha-Aluminiumoxid und einem Seltenerdoxid, im Handel erhältlich unter der Bezeichnung CubitronTh 321 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN.
CA02 Mischung aus 15% CA01 und 85% geschältem Elektrokorund
CA03 Mischung aus 15% CA01 und Elektrokorund
CA04 Keramik auf alpha-Aluminiumoxidbasis aus 94,3% Aluminiumoxid, 4, 5% Aluminiumoxid und 1, 2% Eisenoxid.
MC-3 Unbehandelte Kunststoffstrahlmittel, Größe 30/40 mesh, erhältlich von Maxi- Blast Company in South Bend, Indiana.
Alle Zusammensetzungen werden durchweg je nachdem als Gewichtsverhältnisse oder Gewichtsprozent aufgeführt, wenn nicht anders angegeben. Die prozentuale Zusammensetzung für die Komponenten des formbaren Polymers wird auf Basis von 100% für Kombination der Komponenten des formbaren Polymers, ausschließlich der Schleifteilchen, angegeben. Der Schleifgehalt wird als die prozentuale Zusammensetzung der Schleifteilchen auf Basis von 100% für die Kombination der Komponenten des formbaren Polymers mit den Schleifteilchen angegeben.

Beispiele 1 - 41

Die Zusammensetzung der Beispiele 1 - 41 ist in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1
¹ geformtes Polymer enthielt oranges Pigment
² geformtes Polymer enthielt gelbes Pigment Leistungsprüfung
Es wurden einzelne Schleifbürsten 10 auf einer Vorrichtung geprüft, die 20 Sekunden lang eine Last von 1,8 kg (4 1b.) anlegte, und dann 11 Sekunden lang angehoben. Dies wurde über 30 Zyklen mit einer Gesamtprüfzeit von 10 Minuten pro Werkstück wiederholt. Das Werkstück war eine flache Platte aus Aluminium 50'52, 38,1 · 38,1 cm · 0,32 cm (15 · 15 · 1/8 Zoll) mit einem Mittelloch von 0,64 cm (1/4 Zoll) für seine Befestigung auf der Prüfvorrichtung. Die Platte wurde mit ungefähr 1 Umdrehung alle 3 Minuten gedreht. Die Schleifbürsten waren an einem Winkelschleifer der Ingersoll-Rand-Cyclone-Serie, Modell TA 180 RG4, mit den Leistungswerten 18.000 U/min und 0,70 HP, angebracht. Die Schleifbürste wurde mit den leistungswerten 18.000 U/min freier Drehung (die Istumdrehungszahl pro Minute unter Last war etwas geringer) betrieben. Die Schleifbürste wurde in einem Winkel von 7º zum Werkstück festgehalten. Der Gewichtsverlust der Platte wurde als geschnitten aufgeführt. Der Gewichtsverlust und die Längenreduzierung der Borsten der Schleifbürste wurden als Verschleiß aufgeführt. Die Oberflächengüte, Ra, wurde nach der Leistungsprüfung aufgezeichnet und ist möglicherweise nicht so gut, wie für jedes bestimmte Beispiel optimal erreichbar ist, da die Leistungsprüfung zu mehreren über die gleiche Werkstückfläche durchgeführten Durchläufen führt. Die aufgezeichneten Ergebnisse sind der Mittelwert zweier Bürsten gleicher Zusammensetzung, wenn nicht anders angegeben. Einige Zusammensetzungen wurden sowohl mit Übergang A als auch mit Übergang B geprüft und einige wurden nicht mit diesem Verfahren geprüft. TABELLE 2 (Übergang A) TABELLE 3 (Übergang B)
¹ Borsten geschmolzen, nur eine Bürste geprüft
² versagte bei Zyklen 1 & 10 - geschmolzene Borsten
³ Befestigungsmittel versagte bei Zyklen 10 & 18
&sup4; Befestigungsmittel versagte bei Zyklen 3 & 4
&sup5; versagte bei Zyklen 10 & 30 - geschmolzene Borsten
&sup6; Kunststoffschleifteilchen

Beispiele 42 - 70

Leistungsprüfung

Die Leistungsprüfung entsprach der für die Beispiele 1 - 41, mit Ausnahme des folgenden. Alle Beispiele wiesen einen Übergangsradius von ca. 0,025 Zoll auf. Die Ergebnisse für die Aluminiumprobestücke sind der Mittelwert zweier Prüfungen, die Ergebnisse für kaltgewalzten Stahl (CRS - cold rolled steel) stammen von einer einzigen Prüfung, und die Ergebnisse für rostfreien Stahl (SS - stainless steel) stammen von einer einzigen Prüfung. Microfinish (als Ra und Rz in Mikrozoll aufgeführt) ist das Ergebnis nach Handprüfung eines bestimmten Bürstenbeispiels an einem anderen Probestück als das für die Leistungsprüfung verwendete, wobei die Oberflächengüte vor Verfeinerung der Oberfläche (in Mikrozoll) wie folgt ist:
Aluminium Ra: 7 Rz : 40
CRS Ra: 31 Rz : 151
Rostfreier Stahl Ra: 11 Rz : 72
Die Zusammensetzung der Schleifbürstenbeispiele ist in Tabelle 4 aufgeführt, die Prüfergebnisse bei Aluminium in Tabelle 5, die Prüfergebnisse bei kaltgewalztem Stahl in Tabelle 6 (nicht alle Beispiele geprüft); die Prüfergebnisse bei rostfreiem Stahl in Tabelle 7 (nicht alle Beispiele geprüft). In den Beispielen 42 - 70 wurden keine gebrochenen Borsten beobachtet. TABELLE 4 TABELLE 5 (Ergebnisse bei Aluminium) TABELLE 6 (Ergebnisse bei kaltgewalztem Stahl) TABELLE 7 (Ergebnisse bei rostfreiem Stahl)
¹ Borstenschmelzung: 1 = keine oder vernachlässigbar; 2 = geringfügig; 3 = unakzeptabel (Bürste nicht funktionsfähig)
² Prüfung bei 2 Zyklen gestoppt
³ Prüfung bei 6 Zyklen gestoppt

Beispiel 71

Eine bei einer rotierenden Fußbodenmaschine zu verwendende geformte Schleifbürste 110 wurde allgemein gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 8 - 9 durch Spritzgießen eines (von Du Pont erhältlichen) thermoplastischen Elastomers auf Polyesterbasis HytrelTM 5526, das zu 30 Gew.-% Siliziumkarbid-Schleifmittel, Klasse 120, gemischt wurde, hergestellt. Das Material wurde nach dem Mischen granuliert. Die granulierte Mischung wurde auf einer 75 t Van Dorn-Presse unter Verwendung eines MUD (Master Unit Die)- Kunststoffeinspritzprototypwerkzeugs, wie oben anhand der Beispiele 1 - 70 beschrieben, spritzgegossen. Die Werkzeugtemperatur betrug 60ºC (140ºF) und die Schmelztemperatur ca. 237ºC (460ºF). Die Zykluszeit betrug 30 Sekunden, und das Teilgewicht war 32,5 g.
Die Basis 112 war ein allgemein keilförmiges Polygon mit einer Länge von 10,5 cm (4,125 Zoll) x einer Breite von 3,8 cm (1,50 Zoll) an einem Ende und einer Breite von 2, 2. cm (0,875 Zoll) am gegenüberliegenden Ende. Von einer Hauptfläche erstreckten sich 440 Borsten 118, jeweils mit einer Länge von 1,9 cm (0,75 Zoll), einem Durchmesser von 2,3 mm (0,090 Zoll) an der Wurzel und einem Durchmesser von 1,0 mm (0,040 Zoll) an der Spitze 122. Der neben der Spitze 122 liegende 9,5 mm (0,375 Zoll) lange Abschnitt der Borste 118 war zylindrisch.

Beispiele 72 - 74

Die Beispiele 72 - 74 enthalten die oben beschriebenen Kunststoffschleifteilchen.

Beispiel 72

Beispiel 72 war ein extrudiertes Kunststoffschleiffilament mit einer Monofilamentkonfiguration allgemein gemäß der unter Bezugnahme auf Fig. 32 beschriebenen Ausführungsform. Der Extruder war ein DSE ZSK30 von Werner/Pfleiderer mit sich gleichsinnig drehenden Schnecken und 7 erwärmten Zylinderzonen. Der Extruder war mit zwei sich gleichsinnig drehenden Schnecken mit einem Durchmesser von 30 mm und einem L/D-Verhältnis von 30 : 1 ausgestattet. Das Werkzeug am Extruder wurde gemäß den Lehren des US-Patents Nr. 5,427,595 als Monofilamentextruder anstatt als Co-Extruder betrieben.
Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die eine Kombination aus "Hytrel 63'56", einem thermoplastischen Elastomer auf Polyesterbasis von E. I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., und 20 Gew.-% "BY27-010", einem Polymerschmelzadditiv auf Polyester- Elastomer-Basis, erhältlich von Dow Corning Company (auch bekannt als "MB50-010"), enthielt. Diese Zusammensetzung wurde mit einer Rate von 31,7 g/min in den Extruder eingeführt. Der Extruder drehte sich mit 350 U/min. und der Druck im. Extruder betrug 200 psi. Zunächst wurde die Thermoplastmatrix durch den Extruder schmelzflüssig gemacht; dann wurden durch einen Zufuhrkanal des Extruderzylinders Polyesterschleifteilchen mit einer Rate von ca. 8 g/min hinzugefügt. Die Kunststoffschleifteilchen waren im Handel von U.S. Technology Corp. unter der Handelsbezeichnung "Polyextra Plastic Blast Media" erhältlich, wiesen eine Härte von 3 auf der Mohs- Härteskala und eine Größe von 30/40 mesh auf und waren vor der Verwendung über Nacht bei 121ºC getrocknet worden.
Die Temperaturen in den verschiedenen Extruderzonen waren wie folgt: Zylinderzonen 1 bis 7: (Cº) 246º, 254º; 257º, 251º, 251º, 246º, 227º; Einlaufstückzonen 8 bis 11: (Cº) 227º, 221º, 227º, 227º; Werkzeugzone 12: (Cº) 238º.
Zwei Filamente wurden mit 12,2 m/min (40 fpm) durch einen ca. 25 mm von der Stirnfläche des Extruderwerkzeugs angeordneten Wasserabschrecktank gezogen, wonach die Filamente auf eine Sammeltrommel mit einem Durchmesser von 76,2 cm (30 Zoll) aufgewickelt wurden. Ein Bündel mit einem Durchmesser von ca. 5 cm (2 Zoll) wurde von der Wickelmaschine abgeschnitten und zur Bildung eines starren, geraden Bündels gewickelt. Von dem Bündel wurden Abschnitte auf eine Länge von 1,59 cm (5/8 Zoll) abgeschnitten.
Zur Bildung einer Unterlage wurde ein Silastikgummiformwerkzeug mit einem Mittelloch mit einem Durchmesser von 0,95 cm (3/8 Zoll) zur Einführung eines Gewindebefestigungsknopfs (wie durch das US- Patent Nr. 3,562,968 (Johnson et al.) gelehrt und im Handel als "Roloc" bekannt) verwendet. Das Formwerkzeugbehältnis wies einen Durchmesser von 5 cm (2 Zoll) und eine Tiefe von 0,635 em (1/4 Zoll) auf. Nach der Anordnung des Befestigungsknopfs wurden in einem Gewichtsverhältnis von 9 : 1 "Adiprene LF600D" von Uniroyal und "Ethicure 300" von Ethyl Chemicals bei Raumtemperatur vermischt und auf eine Tiefe von ca. 0,47 cm (3/16 Zoll) in das Behältnis geschüttet. Das Gemisch umgab den Flansch des Knopfes, so daß der Knopf nach der Aushärtung sicher festgehalten wurde. Nach Beendigung des Schüttvorgangs wurde eine Kunststoffborstenführungsplatte über das Formwerkzeug so angeordnet, daß das Formwerkzeug und die Platte konzentrisch waren. Durch die Führungsplatte waren Löcher ausgebildet, die die Anordnung der Borsten führten und sie vertikal festhielten, bis die Aushärtung beendet war. Dann wurden 384 extrudierte Borsten manuell in das Adiprene/Ethicure-Gemisch so angeordnet, daß ca. 1,27 cm (1/2 Zoll) der Borste aus der Basis ragte. Die gesamte Anordnung wurde zum Aushärten eine Stunde lang in einen Ofen bei 86ºC plaziert. Nach dem Aushärten wurden der Träger und die Führungsplatte von den Borsten abgehoben. Die entstandene Bürste war dann zur Prüfung an einem kraftangetriebenen Winkelwerkzeug bereit.
Die Bürste wurde an einem druckluftbetriebenen Winkelwerkzeug, dem 20,000 U/min Ingersoll-Rand- Cyclone, Modell CA200 mit Leistungskennwerten von 0,35 HP befestigt. Das Werkzeug war mit einer 5 cm (2 Zoll)- Tragunterlage versehen. Die Bürste wurde zur Entfernung von schwarzer Emailfarbe von eine Platte mit einer Dicke von 0,8 mm (0,032 Zoll) aus kaltgewalztem Stahl von ACT Laboratories, Inc., in Hillsdale, MI, verwendet. Den Beobachtungen zufolge wurde mit der Bürste Farbe entfernt, ohne daß die Metalloberfläche beschädigt oder zerkratzt wurde.

Beispiel 73

Beispiel 73 wurde nach der Beschreibung von Beispiel 72 hergestellt, mit der Ausnahme, daß 192 extrudierte Borsten manuell so in das Adiprene/Ethicure-Gemisch angeordnet wurden, daß ca. 1 cm (3/8 Zoll) der Borste aus der Basis ragte Beispiel 73 wurde wie anhand von Beispiel 72 beschrieben geprüft und entfernte den Beobachtungen zufolge Farbe vom Werkstück, ohne die Metalloberfläche zu beschädigen oder zu zerkratzen.

Beispiel 74

Beispiel 74 war eine einstückig ausgebildete spritzgegossene Bürste, die allgemein gemäß der geforunten Schleifbürste 10, die anhand der in den Fig. 1 - 3 dargestellten Ausführungsform beschrieben wurde, geformt wurde. Der Extruder war ein 75 t Van Dorn-Einschußextruder mit einem Knebelverriegelungssystem, einem 54 g (3 oz)-Zylinder und einer Universalschnecke.
Es wurde eine Zusammensetzung hergestellt, die eine Kombination aus 90 Gew.-% "Hytrel" 5526, einem thermoplastischen Elastomer auf Polyesterbasis von E. I. Du Pont de Nemours and Company, Inc., und 10 Gew.-% "BY27-010" sowie 30 Gew.-%, basierend auf 100% für die Kombination der Komponenten, eines Kunststoffschleifmittels "MC-3", Größe 30/40 mesh, unbehandeltes Kunststoffstrahlmittel, erhältlich von der Maxi-Blast Company in South Bend, IN, enthielt. Vor dem Formen wurde jede der Verbindungen 4 Stunden lang in einem Bryant-Lufttrockner bei 79ºC (175ºF) getrocknet.
Die Basis der Bürsten wies einen Durchmesser von 5 cm (2 Zoll) und eine Dicke von 2,54 mm (0,1 Zoll) auf. Die Bürste enthielt 254 integral geformte Borsten. Jede Borste wies eine Länge von 1,27 mm (0,50 Zoll) und eine Konizität mit einem Durchmesser von 2,54 mm (0,10 Zoll) an der Wurzel bis zu einem Durchmesser von 1,27 mm (0,05 Zoll) bei 80% der Länge von der Wurzel zur Spitze auf und hatte einen Durchmesser von 1,27 mm (0,05 Zoll) für den Rest der Länge bis zur Spitze. Der Übergangsradius an der Basis der Borsten betrug ca. 0,64 mm (0,025 Zoll). Jede Bürste enthielt einen integral geformten Gewindezapfen als Befestigungsmittel gemäß dem US-Patent Nr. 3,562,968 (Johnson et al.)
Zur Ermittlung, ob sich die Schleifbürsten zur Verwendung an Aluminiumwerkstücken eigneten wurden die Bürsten an einer Vorrichtung geprüft, die 20 Sekunden lang eine Last von 1,8 kg (4 1b) anlegte, und dann 11 Sekunden lang angehoben. Dies wurde über 30 Zyklen mit einer Gesamtprüfzeit von 10 Minuten pro Werkstück wiederholt. Das Werkstück war eine flache Platte aus Aluminium 5052, 38,1 · 38,1 cm · 0,32 cm (15 · 15 · 1/8 Zoll) mit einem Mittelloch von 0,64 cm (1/4 Zoll) für seine Befestigung auf der Prüfvorrichtung. Die Platte wurde mit ungefähr 1 Umdrehung alle 3 Minuten gedreht. Die Schleifbürste war an einem Winkelschleifer der Ingersoll-Rand-Cyclone-Serie, Modell TA 180 RG4, mit den Leistungskennwerten 18.000 U/min und 0,70 hp angebracht. Die Schleifbürste wurde mit 18.000 U/min freier Drehung (die Istumdrehungszahl pro Minute unter Last war etwas geringer) betrieben. Die Schleifbürste wurde in einem Winkel von 7º zum Werkstück festgehalten. Die Werkstücke wurden vor und nach der Prüfung gewogen, und die Bürsten führten zu keinem Materialverlust am Werkstück.
Des weiteren wurden gemäß Beispiel 74 hergestellte Bürsten wie folgt verwendet. Die Bürsten wurden zur Entfernung von Dichtungen von Kraftfahrzeugmotorblöcken aus Aluminium mit rotierenden Handwerkzeugen verwendet und entfernten den Beobachtungen zufolge erfolgreich das Dichtungsmaterial ohne Entfernung von Material vom Motorblock. Des weiteren wurden Bürsten mit rotierenden Handwerkzeugen zur Entfernung des äußeren Lacküberzugs verwendet, während auf dem Werkstück eine Grundierungschicht oder eine E-Coat-Lackierung auf Prüfplatten der ACT Laboratories, Inc., in Hillsdale, Michigan, belassen wurde, die wie folgt hergestellt wurden:

Platte 1

Material: kaltgewalzter Stahl, Dicke 0,81 mm (0,032 zoll), unpoliert
Bezeichnung: B952 P60 DIW
Grundierung: GPX05379
Basislack: E98KD405 schwarz
Klarklack: E126CD005 Stainguard 3

Platte; 2

Material: kaltgewalzter Stahl, Dicke 0,81 mm (0,032 Zoll), unpolier t
Bezeichnung: C168 C20 DIW
E-Coat-Lackierung: ED3150A
Grundierung: 80-1146 (GPX5028)
Basislack: 872AB921 schwarz
Klarlack: RK3840
Lackspez.: 998-4065
Es wurde die vorliegende Erfindung nunmehr unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsformen davon beschrieben. Die vorhergehende(n) ausführlichen) Beschreibung und Beispiele dienen lediglich dem besseren Verständnis. Es sollen keine unnötigen Einschränkungen daraus abgeleitet werden. Für Fachleute versteht sich, daß sich an den beschriebenen Ausführungsformen viele Änderungen durchführen lassen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Schleifbürste gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Mittel zur Einführung von Fluid, wie zum Beispiel Kühlmitteln, Schmiermitteln und Reinigungsfluiden, zum Werkstück im Betrieb, wie im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel durch Öffnungen durch den Träger oder die Borsten, versehen sein. Somit sollte der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die hier beschriebenen genauen Details und Strukturen beschränkt sein, sondern stattdessen durch die in den Ansprüchen beschriebenen Strukturen und die Äquivalente jener Strukturen.

Claims

1. Integral geformte Schleifbürste (10) zur Verwendung mit einem rotierenden Werkzeug mit einer Drehzahl von mindestens 1000 U/min. wobei die Bürste folgendes umfaßt:

eine Basis (12) mit einer ersten Seite (14) und einer zweiten Seite (16), wobei die Basis allgemein planar ist;

mehrere sich von der ersten Seite der Basis erstreckende Borsten (18) mit einem Längenverhältnis von mindestens 2, wobei die Borsten mit der Basis integral geformt sind; und

ein an der Basis (12) vorgesehenes Befestigungsmittel (12) zur Befestigung der Schleifbürste an einem Werkzeug;

wobei die geformte Schleifbürste ein thermoplastisches elastomeres Material (28) umfaßt und wobei die Borsten Schleifteilchen (26) enthalten, mit denen das elastomere Material durchsetzt ist.

2. Geformte Schleifbürste (10) nach Anspruch 1, bei der die Basis (12) flexibel ist.

3. Geformte Schleifbürste (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Borsten (18) ein Längenverhältnis von mindestens 5 aufweisen.

4. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Borsten (18) ein Längenverhältnis von mindestens 7 aufweisen.

5. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Borsten (18) ein Längenverhältnis von mindestens 10 aufweisen.

6. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Borsten (18) ein Längenverhältnis von mindestens 20 aufweisen.

7. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 6, bei der die Borsten (20) jeweils eine Wurzel (18) neben der Basis (12) und eine Spitze (22) gegenüber der Basis umfassen und bei der die Borsten konisch so zulaufen, daß sie an der Wurzel breiter sind als an der Spitze.

8. Geformte Schleifbürste (10) nach Anspruch 7, bei der die Borsten (18) an einem ersten Teil neben der Wurzel (20) konisch zulaufen und bei der die Borsten an einem zeiten Teil neben der Spitze (22) eine gleichmäßige Dicke aufweisen.

9. Geformte Schleifbürste (10) nach Anspruch 7, bei der die Borsten (18) an der Übergangsstelle von der Wurzel 20 zur Basis (12) einen Übergangsradius (24) aufweisen.

10. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Befestigungsmittel einen integral mit der Basis (12) geformten Gewindezapfen (30) umfaßt, der sich von der zweiten Seite (16) der Basis erstreckt.

11. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das thermoplastische Elastomer (28) ein thermoplastisches Elastomer auf Polyesterbasis umfaßt.

12. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das thermoplastische Elastomer (28) weiterhin ein Schmiermittel umfaßt.

13. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das thermoplastische Elastomer (28) mehrere Schleifteilchen (26) umfaßt, die die ganze Schleifbürste durchsetzen.

14. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 13, bei der die Schleifteilchen (26) anorganische Schleifteilchen umfassen.

15. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 13, bei der die Schleifteilchen (26) organische Schleifteilchen umfassen.

16. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der vorhergehenden An prüche, bei der die Basis (12) zu ihrer Verstärkung ein Verstärkungsmittel (40) enthält.

17. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 17, bei der das Verstärkungsmittel eine auf der zweiten Seite (16) der Basis (12) vorgesehene Verstärkungsunterlage (40b) umfaßt.

18. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 17, bei der die Basis (12) kreisrund ist.

19. Geformte Schleifbürste (10) nach einem der Ansprüche 1 - 17, bei der die Basis (12) polygonal ist.