AT502377A4

AT502377A4 - Grundkörper für ein rotierendes schleif- bzw. schneidwerkzeug sowie daraus hergestelltes schleif- bzw. schneidwerkzeug

Info

Publication number: AT502377A4
Application number: AT0158105A
Authority: AT
Original assignee: Asen Norbert Ing
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-03-15
Also published as: EP1928633B1; EP1928633A1; US8636563B2; EP1928633B2; US20100022169A1; ATE468202T1; DE502006006994D1; AT502377B1; WO2007033396A1

Description

Grundkörper für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug sowie daraus hergestelltes
Schleif- bzw. Schneidwerkzeug
Die Erfindung bezieht sich auf einen Grundkörper für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe oder Schleiftrommel, wobei auf den Grundkörper eine Beschichtung aus einem Abrasivmaterial, z.B. Kubisches Bornitrid (CBN), aufbringbar ist.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe oder Schleiftrommel, mit einem Grundkörper und auf einer Umfangsfläche und/oder zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers aufgebrachter Beschichtung aus einem Abrasivmaterial, z.B.

Kubisches Bornitrid (CBN).
Derzeit verwendete Schleifscheiben umfassen einen Grund- oder Trägerkörper aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, auf dem eine Beschichtung aus Abrasivmaterial aufgebracht ist, wobei die Abrasivmaterial-Beschichtung auf einer Umfangsfläche des Grundkörpers und/oder auf den Seitenflächen des Grundkörpers aufgebracht sein kann.
Nachteilig an diesen bekannten Schleifscheiben ist zum Einen ihr hohes Gewicht, das eine beträchtliche Belastung der Spindel einer Schleifmaschine, an der die Schleifscheibe angebracht ist, sowie der Lager der Spindel mit sich bringt. Diese Gewichtsbelastung der Spindel und ihrer Lager senkt die Lebensdauer von Spindel und Spindellagern und f hrt somit zu einem erhöhten Wartungs- und Reparaturaufwand sowie Stillstandszeit der Schleifmaschine.

Das hohe Gewicht der bekannten Schleifscheiben (typischerweise im Bereich bis zu 100 kg) macht ein manuelles Wechseln der Schleifscheiben unmöglich. Es muss vielmehr für jeden Wechsel ein Hebemittel benutzt werden, was den Wechselvorgang auf mehrere Stunden verlängert oder einen aufwändigen Wechselautomatismus erfordert und somit die Produktivität der Schleifmaschine verringert. Das hohe Gewicht führt weiters zu einem erhöhten Energieverbrauch beim Antrieb der Schleifscheibe.
Nachteilig an diesen bekannten Schleifscheiben ist zum Anderen auch ihr dynamisches Verhalten. So ist eine Drehrichtungsumkehr aufgrund der hohen bewegten Masse nur sehr langsam möglich. Da die Eigenfrequenz der Grundkö[phi]er aus Metall zumeist in der Grössenordnung der Drehzahl der Schleifscheibe liegt, muss mit dem Auftreten von Eigenschwingungen gerechnet werden.

Aufgrund der hohen bewegten Masse bei den bekannten Schleifscheiben ist auch eine Neigung zur Unwucht festzustellen, die proportional zu Masse x Abstand ist. Schliesslich ist mit den bekannten Schleifscheiben auch nur eine begrenzte Schleifgeschwindigkeit erzielbar (die in der Praxis in m/s
Umfangsgeschwindigkeit angegeben wird). Grund dafür ist sowohl die radiale Aufdehnung des Grundkö[phi]ers bei höheren Drehzahlen als auch der relativ hohe
Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl und Aluminium, der bei Erwärmung während des Schleifens zu höherer Massungenauigkeit führt und bei grösseren Scheiben eine Segmentierung der Abrasivmaterial-Beschichtung erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Grundkö[phi]er für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug sowie ein daraus hergestelltes Schleif- bzw.

Schneidwerkzeug bereitzustellen, bei denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Grundkö[phi]er für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Schleif- bzw. Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Der erfindungsgemässe rotationssymmetrische Grundkö[phi]er für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe oder Schleiftrommel, umfasst zwei voneinander beabstandete Seitenwände, die an ihrem Umfangsbereich miteinander verbunden sind, wobei die Seitenwände einen faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere einen Kohlefaser-, Glasfaser-, Aramidfaser-, Basaltfaser- oder Synthetikfaserverstärkten Verbundwerkstoff, aufweisen.

Vorteilhafterweise werden die Verbundwerkstoffe während des Herstell Vorgangs oder danach (z.B. beim Resin Transfer Moulding Verfahren) mit einem Kunstharz imprägniert, das anschliessend ausgehärtet wird, wodurch der Grundkö[phi]er in weitgehend freien Formen realisiert werden kann. Zur Erhöhung der strukturellen Festigkeit können in das Kunstharz Mikrofasern oder Nanofasern aus einem festigkeitsverstärkenden Material, z.B. Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern oder Synthetikfasern, eingebettet sein.
Der Grundkö[phi]er ist gemäss der Erfindung in einer Leichtbauweise hergestellt, die eine Reduktion seines Gewichts auf bis zu 1/10 des Gewichts herkömmlicher Metallgrundkö[phi]er ermöglicht.

Dennoch bietet der erfindungsgemässe Grundkö[phi]er aufgrund der Verwendung von faserverstärktem Verbundwerkstoff eine extrem hohe Festigkeit und Steifigkeit, die durch die Ausgestaltung mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Seitenwänden in Bezug auf die Aufnahme von Querkräften noch dramatisch erhöht wird. Das drastisch reduzierte Gewicht des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers führt zu einer geringeren Spindelbelastung der Schleifmaschine und erhöht somit die Lebensdauer der Schleifspindel und senkt folglich die Wartungs- und Reparaturkosten sowie Stillstände der Produktionsanlage.

Unter Verwendung des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers hergestellte Schleifwerkzeuge haben ein so geringes Gewicht, dass sie ohne Hebemittel an der Schleifmaschine montiert werden können, was die für einen Werkzeugwechsel benötigte Zeit auf einen Bruchteil gegenüber jener der bekannten Schleifscheiben senkt (bis zu lh anstatt 5h).

Durch das stark verringerte Gewicht des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers sind auch beträchtliche Reduzierungen der von der Maschine aufgenommenen elektrischen Leistung erzielbar.
Ein weiterer grosser Vorteil des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers bzw. von unter Verwendung dieser Grundkö[phi]er hergestellter rotierender Schleif- und Schneidwerkzeuge ist das schwingungsdämpfende Verhalten des Verbundwerkstoffes bzw. die gute Einstellbarkeit der Eigenfrequenz des Werkzeugs auf Werte, die deutlich über der Drehzahl des Werkzeugs liegen, so dass Eigenschwingungen gering bleiben. Aufgrund des verringerten Gewichts ist auch das Auftreten von Unwucht stark reduziert.

Weiters ist eine höhere Maschinendynamik erzielbar, d.h. das Umkehren der Drehrichtung erfolgt wesentlich schneller.
Allgemein sind höhere Drehzahlen des Werkzeugs mit dem erfindungsgemässen Grundkö[phi]er ohne übermässige Materialbeanspruchung erzielbar, da der Grundkö[phi]er aus Verbundmaterial eine sehr geringe, im [mu]m-Bereich liegende Materialaufdehnung bei hohen Drehzahlen aufweist und eine wesentlich bessere Massgenauigkeit bietet als die bekannten Grundkö[phi]er aus Metall. Durch die höhere Drehzahl bzw. die höhere Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs ist auch eine höhere Werkstückdrehzahl möglich, die zu höherer Zerspanungsleistung führt.

Der erzielbaren Drehzahl sind dabei hauptsächlich Grenzen durch möglicherweise auftretenden Schleifbrand gesetzt.
Der gegenüber den bekannten Grundkö[phi]ern verringerte Wärmeausdehnungskoeffizient des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers aus Verbundwerkstoff führt zu einer höheren Massgenauigkeit und macht die Segmentierung der Schleifkörner-Beschichtung auch bei grösseren Scheiben überflüssig. Die durchgängige Beschichtung des Grundkö[phi]ers mit Abrasivmaterial verbessert das Schleifkornausbruchsverhalten und erhöht somit die Lebensdauer der Schleifscheibe.
Die Anwendungsgebiete der Erfindung sind sehr umfangreich. Sie reichen von der Ausbildung des erfindungsgemässen Grundkörpers als Schleifscheibengrund- oder -trägerkö[phi]er bis hin zum Aussen- und Innen-Rundschleifen von Bauteilen.

Insbesondere kann die Erfindung vorteilhaft auf den Gebieten des Wellenschleifens, wie insbesondere des Kurbelwellenschleifens, Nockenwellenschleifens, Walzenschleifens, Verzahnungsschleifens (wozu profilierte Scheiben verwendet werden, die hohe seitliche Belastungen aufnehmen müssen, wozu sich die vorliegende Erfindung bestens eignet) und Spitzenlosschleifens unter Verwendung eines Schleifscheibentyps in Trommelform, d.h. einer Schleiftrommel, z.B. mit einem Durchmesser bis über 1000mm und einer Länge vom Mehrfachen des Durchmessers verwendet werden. Solche Schleiftrommeln sind mit der Erfindung bestens herstellbar.

Weiters sind mit der Erfindung kombinierte Bauteile aus Flansch und Wellenansatz mit Lagerstellen und scheibenförmige Bauteile herstellbar.
Um Grundkö[phi]er mit einer Umfangsfläche von grosser axialer Länge, z.B. einen Grundkö[phi]er in Trommelform, zu realisieren, ist es zweckmässig, wenn die Seitenwände an ihrem Umfangsbereich nicht unmittelbar, sondern durch eine Umfangswand miteinander verbunden sind, die denselben Verbundwerkstoff wie die Seitenwände oder einen anderen faserverstärkten Verbundwerkstoff aufweist.
Einen besonders leichten, hochstabilen und weitgehende Freiheitsgrade bei der Formung bietenden Grundkö[phi]er erhält man, wenn zwischen den Seitenwänden zumindest abschnittsweise ein Kernmaterial, insbesondere ein Wabenkern, vorzugsweise aus Aramid, oder ein Schaumstoffkern, angeordnet ist.

Weitere geeignete Kernmaterialien umfassen Holz oder Mineralstoffe, wie z.B. Granit.
Für eine erleichterte Befestigung des Grundkö[phi]ers bzw. einer daraus hergestellten Schleifscheibe an der Aufnahme einer Maschinenspindel ist es zweckmässig, wenn der Grundkö[phi]er eine Nabe aufweist, die die Seitenwände zentral durchsetzt. Die Nabe kann gegebenenfalls als Metallelement ausgebildet sein.
Für die Realisierung einer Innenkühlung bzw.

Schmierung des Grundkö[phi]ers ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Grundkö[phi]er Kühl- und SchmierstoffAnschlüsse und -Auslässe ausgebildet sind, wobei vorzugsweise zumindest ein Kühl- und Schmierstoff-Anschluss in einem zentralen Bereich einer Seitenwand, insbesondere im Bereich der Nabe, ausgebildet ist und in den Raum zwischen den Seitenwänden führt und zumindest ein Kühl- und Schmierstoff-Auslass durch eine Seitenwand hindurch ausgebildet ist. Die Versorgung des Grundkö[phi]ers mit Kühl- und Schmierstoff erfolgt über die Maschinenspindel, in der entsprechende, korrespondierende Kanäle ausgebildet sind.

Zur Erhöhung der Beständigkeit des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers gegenüber Druckspannungen und zur Vermeidung von Materialverletzung der Seitenwände des Grundkö[phi]ers durch Quetschen, insbesondere bei der Einspannung in eine Maschine, ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass durch beide Seitenwände hindurchführende Abstandshülsen vorgesehen sind, wobei die Abstandshülsen vorzugsweise mittels Presspassung in den Seitenwänden fixiert sind.

Die Abstandshülsen sind dabei z.B. in einem oder mehreren konzentrischen Kreisen im Krafteinleitungsbereich des Grundkö[phi]ers angebracht.
Um eine möglichst hohe Stabilität und Steifigkeit des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers zu erzielen, werden erfindungsgemäss verschiedene vorteilhafte Legerichtungen der Fasern des Verbundwerkstoffs vorgeschlagen, die je nach erforderlicher Gestalt des Grundkö[phi]ers einzeln oder in Kombination angewandt werden können. Insbesondere können Fasern des Verbundwerkstoffs in den Seitenwänden im Wesentlichen radial oder bogenförmig vom Zentrum der Seitenwand zum Umfang verlaufend angeordnet werden, um die Materialaufdehnung zu minimieren. Für denselben Zweck können die Fasern speziell im Umfangsbereich der Seitenwände bzw. in der Umfangswand in Umfangsrichtung angeordnet sein.

Hohe Stabilität wird auch erreicht, wenn in den Seitenwänden Fasern des Verbundwerkstoffs spiralförmig vom Zentrum zum Umfang verlaufend angeordnet sind. Speziell bei Grundkö[phi]ern mit grosser axialer Länge der Umfangswand ist es vorteilhaft, in der Umfangswand Fasern des Verbundwerkstoffs spiralförmig in Axialrichtung verlaufend anzuordnen. Eine drastische Erhöhung der Steifigkeit des Grundkö[phi]ers wird erzielt, wenn die Fasern in den Seitenwänden und gegebenenfalls der Umfangswand mehrlagig, insbesondere in Kreuzlage, angeordnet sind.
Eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers und seiner Aufnahmefähigkeit von Seitenkräften erreicht man, wenn die Seitenwände durch Querstege miteinander verbunden sind.

Die Querstege können in beliebiger Form, z.B. in radialer gerader Richtung, radialer Bogenform oder in Umfangsrichtung auf verschiedenen Teilkreisdurchmessern, ausgebildet sein.
Hervorragende Steifigkeit des Grundkö[phi]er in seinem Umfangsbereich wird erzielt, wenn um den Umfangsbereich ein Band mit unidirektionalen Verstärkungsfasern angeordnet ist. Eine weitere Reduzierung des Gewichts des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers bei Aufrechterhaltung der notwendigen Stabilität kann erzielt werden, wenn sich die Dicke der Seitenwände von einem zentralen Bereich zum Umfang hin zumindest abschnittweise verjüngt.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die die aktive Dämpfung von Schwingungen im Grundkö[phi]er ermöglicht, ist der faserverstärkte Verbundwerkstoff der Seitenwände und gegebenenfalls der Umfangwand mit Energiewandler- Werkstoffen (sogenannten Adaptiven Werkstoffen), wie z.B. Piezoelektrika, insbesondere piezokeramischen Folien und Fasern, oder magnetostriktiven oder elektroaktiven Werkstoffen, kombiniert. Die Energiewandler- Werkstoffe sind teilweise als Sensoren mit einer elektrischen Regelung verbunden, um mechanische Schwingungen, sobald sie auftreten, zu detektieren und daraus ein Regel signal abzuleiten, das wiederum anderen Energiewandler- Werkstoffen, die als Aktoren betrieben werden, zugeführt wird, um den mechanischen Schwingungen entgegenzuwirken.

Es können auch Piezofasern ohne Energiezuführung eingesetzt werden, die allerdings eine geringere Dämpfungswirkung haben. Weiters können die Piezofasern mit Energiespeichern verbunden sein oder über die Spindel extern mit Energie versorgt werden, um eine höhere Dämpfungswirkung zu erzielen.
Schliesslich ist in einer Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen einen Datenträger, vorzugsweise einen berührungslos beschreibbaren und lesbaren Datenträger in eine der Wände des Grundkö[phi]ers einzubringen, um darauf Produktionsdaten etc. zu speichern.
Die Erfindung wird nun anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Schleifscheibe im Längsschnitt.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemässen Grundkö[phi]er im Längsschnitt.
Fig.

3 zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Grundkö[phi]ers.
Fig. 4 zeigt im Teillängsschnitt und in Teilansicht einen trommelformigen Grundkö[phi]er gemäss der Erfindung.
Fig. 5 stellt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen
Schleifscheibe 41 dar.
Fig. 6 zeigt in Seitenansicht eine Seitenwand eines erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers.
Fig. 7 zeigt in Seitenansicht eine Seitenwand eines weiteren erfindungsgemässen
Grundkö[phi]ers.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für spitzenloses Schleifen unter Verwendung einer Schleiftrommel mit einem erfindungsgemässen Grundkö[phi]er.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel für spitzenloses Schleifen unter Verwendung einer
Schleiftrommel mit einem erfindungsgemässen Grundkö[phi]er.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schleifscheibe 1. Die Schleifscheibe 1 umfasst einen rotationssymmetrischen Grundkö[phi]er 2, auf dessen Umfang ein Abrasivmaterial 3, z.B. Kubisches Bornitrid (CBN), aufgebracht ist. Der Grundkö[phi]er 2 weist zwei voneinander beabstandete Seitenwände 2a, 2b auf, die an ihrem Umfangsbereich über eine Umfangswand 2c miteinander verbunden sind. Der Grundkö[phi]er 2 ist rotationssymmetrisch ausgeführt und weist in seinem Zentrum eine Nabe 4 auf, die um eine Drehachse A drehbar ist. Erfindungsgemäss sind die Seitenwände 2a, 2b und die Umfangswand aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff gefertigt, wobei Kohlefaser-, Glasfaser- oder Synthetikfaser-verstärkte Verbundwerkstoffe bevorzugt sind.

Besonders gut eignen sich Kohlefaser- verstärkte Kunststoffe (CFK), Glasfaser- verstärkte Kunststoffe (GFK) oder Synthetikfaser-verstärkte Kunststoffe (SFK). Als Verstärkungsfasern können auch Aramid- oder Basaltfasern zum Einsatz kommen. Die Verstärkungsfasern können im Zuge des Herstellungsverfahrens des Grundkö[phi]ers 2 in eine Matrix aus Kunstharz, insbesondere Epoxyharz, eingebettet werden, wobei das Kunstharz auch Mikrofasern oder Nanofasern zur Erhöhung der Festigkeit enthalten kann, z.B. Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasem, Basaltfasern oder Synthetikfasem. Die Seitenwände 2a, 2b, die Umfangswand 2c und die Nabe 4 umschliessen einen Hohlraum 6. Durch die gegenseitige Beabstandung der Seitenwände 2a, 2b ist der Grundkö[phi]er 2 hervorragend zur Aufnahme von Seitenkräften geeignet.

Sein besonderes Merkmal ist das geringe Gewicht bei gleichzeitig hervorragender Festigkeit und Steifigkeit aufgrund der Verwendung von faserverstärktem Verbundwerkstoff. Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Grundkö[phi]ers 2 sind die Seitenwände 2a, 2b ca. am halben Radius des Grundkö[phi]ers durch einen umlaufenden zylindrischen Steg 5 miteinander verbunden. Es sei jedoch erwähnt, dass anstelle eines zylindrischen Stegs 5 mehrere einzelne Stege vorgesehen sein können, die beispielsweise stabformig oder kreissegmentformig ausgestaltet sind. Um zu verhindern, dass die Seitenwände 2a, 2b durch Querkräfte bzw.

Quetschen beschädigt werden können, ist eine Vielzahl von Abstandshülsen 9, die in Kreisanordnung um die Nabe 4 angeordnet sind, mittels Presspassung durch die Seitenwände 2a, 2b hindurchgehend im Grundkö[phi]er 2 fixiert.
Weiters ist in der Nabe 4 ein Kühl- und Schmierstoff- Anschluss 7 ausgebildet, durch den Kühl- und Schmierstoff von einer nicht dargestellten Maschinenspindel in den Hohlraum 6 des Grundkö[phi]ers 2 geführt und durch einen Kühl- und Schmierstoff-Auslass 8, der die Seitenwand 2a durchsetzend ausgebildet ist, aus dem Hohlraum 6 des Grundkö[phi]ers 2 abgegeben werden kann. Damit der Kühl- und Schmierstoff aus dem Nabenbereich in den Umfangsbereich des Hohlraums 6 gelangen kann, weist der zylindrische Steg 5 zumindest ein Durchgangsloch 5a auf.

Gmndsätzlich ist der Grundkö[phi]er auch ohne Nabe realisierbar, was für weniger anspruchsvolle Anwendungen aus Kostengründen auch angestrebt werden soll.
Aus Gewichtseinsparungsgründen verringert sich die Wandstärke der Seitenwände 2a, 2b vom Nabenbereich zum Umfangsbereich hin, wobei von der Nabe 4 bis etwa zum Steg 5 zunächst eine konstante Wandstärke dl vorgesehen ist, die sich dann zum Umfangsbereich auf eine kleinere Wandstärke d2 verringert. Die Dimensionierung der Wandstärken dl, d2 erfolgt in Abhängigkeit von der zu erwartenden Belastung des Grundkö[phi]ers. Die Wuchtgüte des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers kann einerseits über das gewählte Herstellverfahren und andererseits über mechanische Nachbearbeitung eingestellt werden.

Dasselbe gilt für Mass-, Form- und Lagertoleranzen, insbesondere für die Rundheit, den Rundlaufund die Ebenheit sowie die Parallelität an der Krafteinleitestelle.
Fig. 2 zeigt einen weiteren erfindungsgemässen Grundkö[phi]er 12 im Längsschnitt. Dieser Grundkö[phi]er 12 umfasst zwei Seitenwände 12a, 12b, die sich zum Umfang 12c hin einander annähern. Die Seitenwände 12a, 12b sind direkt miteinander verbunden, d.h. ohne eine Umfangswand dazwischen. Mit dem Bezugszeichen 12e ist eine Verbindungsfuge gekennzeichnet. Weiters sind die Seitenwände an ihrem Umfangsbereich von einem unidirektionalen Band 12d umgeben, das in eine Richtung verlaufende Verstärkungsfasern aufweist.

Zweckmässig wird bei der Herstellung zunächst das unidirektionale Band 12d in eine Form eingelegt und danach die Seitenwände 12a. 12b als Preforms in die Form eingelegt, worauf ein Harzimprägnierungsschritt und ein Aushärtungsschritt durchgeführt werden. Da sich die Seitenwände 12a, 12b zum Umfang hin aneinander annähern, definieren sie zwischen einander einen Hohlraum 6, der teilweise durch einen Schaumstoff 13 ausgefüllt ist.
Zur aktiven Dämpfung von Vibrationen im Grundkö[phi]er 12 und Änderung seiner Steifigkeit sind in den faserverstärkten Verbundwerkstoff der Seitenwände 12a, 12b EnergiewandlerWerkstoffe 14, 15, die auf dem Fachgebiet auch als adaptive Werkstoffe bezeichnet werden, eingelegt. Diese Energiewandler- Werkstoffe wandeln mechanische Kräfte in elektrische oder magnetische Kräfte um bzw. umgekehrt. Solche Energiewandler- Werkstoffe umfassen z.B.

Piezoelektrika, insbesondere piezokeramische Folien und Fasem, oder magnetostriktive oder elektroaktive Werkstoffe. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Energiewandler- Werkstoffe als piezokeramische Folien 14, 15 ausgebildet, die während der Gelegeherstellung für die Seitenwände 12a, 12b zwischen Lagen des faserverstärkten Verbundwerkstoffs eingelegt werden.

Dabei werden einige der piezokeramischen Folien 14 als Sensoren verwendet, die aufgrund von Vibrationen auf sie einwirkende mechanische Kräfte in elektrische Signale umwandeln, und andere der piezokeramischen Folien 15 werden als Aktoren verwendet, die den detektierten Vibrationen durch Bewegungen (Verlagerung, Verschiebung, Dehnung, Kontraktion, Durchbiegung) aktorisch entgegenwirken, wobei ihre Bewegungen durch einen elektronischen Regler 17 angesteuert werden, der einerseits die Sensorsignale der piezokeramischen Folien 14 empfangt und daraus entsprechende Steuersignale errechnet, und andererseits die piezokeramischen Folien 15 mit diesen Steuersignalen ansteuert. Der Regler 17 ist mit den piezokeramischen Folien mittels elektrischer Leiter 16 verbunden.

Es ist auch möglich, anstelle der vorgeschlagenen aktiven, elektronisch geregelten Dämpfung eine einfachere, semipassive Dämpfung zu realisieren, bei der anstelle eines elektronischen Reglers eine einfache elektrische Beschattung der Leitungen 16 erfolgt, die direkt in den Grundkö[phi]er 12 integriert sein kann. Z.B. können die von den piezokeramischen Folien 14 gelieferten elektrischen Impulse den piezokeramischen Folien 15 entweder direkt oder über Zwischenspeicherung in einem elektrischen Speicherelement zugeführt werden. Eine noch einfachere, wenngleich im Wirkungsgrad schlechtere Dämpfung erhält man, wenn Piezofasern ohne Energiezufuhrung verwendet werden.

Die Energiewandler- Werkstoffe können auch an der Aussen- oder Innenseite der Wände des Grundkö[phi]ers angebracht werden.
Die Fertigung dieses Grundkö[phi]ers 12 erfolgt vorteilhaft durch Aufbau der Seitenwände 12a, 12b als zwei Bauteilhälften unter Bildung der Seitenwände aus Gelege aus dem faserverstärkten Verbundwerkstoff, das Auflegen des Schaumstoffs 13 auf die Seitenwand 12a, das Auflegen der zweiten Seitenwand 12b auf den Schaumstoff 13, so dass die beiden Seitenwände an der Verbindungsstelle 12d aneinander anliegen, das Aufbringen von Umfangsfasern im Umfangsabschnitt 12c, das Einbringen des gesamten Aufbaus in eine nicht dargestellte Aushärteform, das Injizieren (Tränken) der Seitenwände 12a, 12b und ihres verbundenen Umfangsbereichs 12c mit einem Kunstharz und das Aushärten des Kunstharzes und Entnehmen des Grundkö[phi]ers aus der Aushärteform.

Anschliessend kann die Nabe 4 eingepresst werden.
Fig. 3 zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers 22, bei dem die Seitenwände 22a, 22b am Umfangsbereich 22c so angeordnet sind, dass sie einander über den gesamten Umfangsbereich 22c überlappen, wodurch eine hervorragende Steifigkeit im Umfangsbereich 22c erzielt wird. Es sei erwähnt, dass die Überlappung auch so weit gehen kann, dass sich die Seitenwände gegenseitig vollständig überlappen, d.h. so dass sich eine zweiwandige Ausgestaltung ergibt.

Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit des Grundkö[phi]ers sind um den Umfangsabschnitt 22c drei Bänder 22d, 22e, 22f mit unidirektionalen Verstärkungsfasem angeordnet, wobei das Band 22d aussen um die Seitenwände 22a, 22b, das Band 22e zwischen den Seitenwänden und das Band 22f innen an den Seitenwänden 22a, 22b fixiert ist.
Fig. 4 zeigt im Teillängsschnitt und in Teilansicht einen trommeiförmigen Grundkö[phi]er 32 mit Seitenwänden 32a, 32b, die in grossem axialen Abstand durch eine Umfangswand 32c miteinander verbunden sind, wobei die Seitenwände 32a, 32b und die Umfangswand 32c über einem Wabenkern 36, in diesem Ausführungsbeispiel ein Aramidkern, aufgebaut sind.

Der faserverstärkte Verbundwerkstoff ist dabei in der Umfangswand 32c so in Kreuzlagen angeordnet, dass sich die Fasem 34, 35 spiralförmig in Axialrichtung der Umfangswand erstrecken, wobei zur Herstellung eine Wickeltechnik mit anschliessendem Imprägnieren mit Kunstharz und Aushärten des Harzes zum Einsatz kommen kann.

Die vorliegende Ausführungsform des Grundkö[phi]ers 32 eignet sich hervorragend zur Herstellung einer Schleiftrommel für das spitzenlose Schleifen von Produkten nach dem Durchführ- oder Einstichverfahren, wobei für das Einstichverfahren die Umfangswand 32c auch komplizierter aufgebaut sein kann (z.B. verschiedene zylindrische Teilabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern) um das Schleifen von Produkten mit anderer als Zylinderform zu ermöglichen.
Fig. 5 stellt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schleifscheibe 41 dar, die zeigt, dass der Grundkö[phi]er 42 auch weitgehend in Freiform aufgebaut sein kann. Wieder kommt dabei ein Wabenkern 46 aus Aramid zum Einsatz, auf dem die Seitenwände 42a, 42b aufgebaut sind, die am Umfang 42c aneinander gefügt sind.

Die Schleifscheibe 41 ist zum Seitenschleifen vorgesehen, weshalb eine ringförmige Beschichtung 43 aus Abrasivmaterial auf der Seitenwand 42a aufgebracht ist.
Unter Verwendung von Wabenkernen können unterschiedlichste Ausgestaltungen des Grundkö[phi]ers realisiert werden, z.B. Schalenformen, Scheiben mit Ausnehmungen, abgeschrägte Schalen, Formen mit Verjüngungen, etc. Es sei weiters erwähnt, dass die beiden Seitenwände nicht über den gesamten Grundkö[phi]er voneinander beabstandet sein müssen, sondern zumindest abschnittsweise ineinander übergehen können, d.h. eine volle Wand bilden können.
In der Regel werden die erfindungsgemässen Grundkö[phi]er mehrlagig aus einem oder mehreren Faser- verstärkten Verbundwerkstoffen hergestellt.

Zur Erzielung einer hohen Massgenauigkeit, Steifigkeit, Stabilität und zur Verhinderung von Umfangsaufdehnung sind je nach Einsatzzweck verschiedene Legeanordnungen der Fasem des Faser- verstärkten Verbundwerkstoffs zweckmässig. Im Folgenden werden einige grundsätzliche Legearten diskutiert, die einzeln oder in Kombination angewandt werden können.
Fig. 6 zeigt in Seitenansicht eine Seitenwand 52a, bei der in einer Hälfte ein bogenförmiger Verlauf von Fasem 54, 55 vom Zentrum der Seitenwand zu ihrem Umfang veranschaulicht ist, wobei die Fasem 54, 55 in Kreuzlage liegen, und in der anderen Hälfte der Seitenwand 52a ein radialer Verlauf von Fase 56 dargestellt ist.
Fig. 7 zeigt in Seitenansicht eine Seitenwand 62a, bei der die Faser 65 spiralförmig von der Nabe zum Umfang verläuft und in Kreuzlage mit radialen Fasem 64 liegt.

Anstelle des spiralförmigen Verlaufs können auch Fasem in konzentrischen Kreisen angeordnet sein.
In den Figuren 8 und 9 sind Beispiele für spitzenloses Schleifen unter Verwendung einer Schleiftrommel 71, 81 mit einem erfindungsgemässen Grundkö[phi]er 72, 82 dargestellt. Das zu schleifende Werkstück 76, 86 liegt dabei auf einem Stützlineal 75 auf. Eine Kontertrommel 74, 84 presst das Werkstück 76, 86 gegen die Umfangsfläche 72c, 82c der Schleiftrommel, wobei die Umfangsfläche 72c (Fig. 8) eine zylindrische Form aufweist und die Umfangsfläche 82c (Fig. 9) mehrfach abgesetzt ausgestaltet ist.
Zur Herstellung des erfindungsgemässen Grundkö[phi]ers können auch Halbfabrikate, wie Folien aus CFK, GFK etc. verwendet werden.

Ebenso ist das Vorsehen eines Inserts, insbesondere eines wabenförmigen Inserts, oder Schaumstoffs vorgesehen, auf denen die Wände aus dem Faser- verstärkten Verbundmaterial aufgebaut werden. Die Verbindung des Grundkö[phi]ers mit dem Abrasivmaterial erfolgt zweckmässig mittels eines Klebers, insbesondere eines Epoxyharzklebers.

Claims

Patentansprüche :

1. Gmndkö[phi]er für ein rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe oder Schleiftrommel, wobei auf den Gmndkö[phi]er eine Beschichtung aus einem Abrasivmaterial, z.B. Kubisches Bornitrid (CBN), aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gmndkö[phi]er (2, 12, 22, 32, 42) zwei voneinander beabstandete Seitenwände (2a, 12a, 22a, 32a, 42a; 2a, 12a, 22a, 32a, 42a) umfasst, die an ihrem Umfangsbereich miteinander verbunden sind, wobei die Seitenwände mit faserverstärktem Verbundwerkstoff, insbesondere Kohlefaser-, Glasfaser-, Aramidfaser-, Basaltfaser- oder Synthetikfaser- verstärktem Verbundwerkstoff, aufgebaut sind.

2. Gmndkö[phi]er nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundwerkstoffe mit einem Kunstharz imprägniert sind, wobei optional in das Kunstharz Mikrofasern oder Nanofasern aus einem festigkeitsverstärkenden Material, z.B. Kohlefasern, Glasfasern, Aramidfasem, Basaltfasern oder Synthetikfasem, eingebettet sind.

3. Gmndkö[phi]er nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände an ihrem Umfangsbereich durch eine Umfangswand (2c, 32c) aus faserverstärktem Verbundwerkstoff miteinander verbunden sind.

4. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Seitenwänden zumindest abschnittsweise ein Kernmaterial, insbesondere ein Wabenkern (36), vorzugsweise aus Aramid, oder ein Schaumstoffkern (13), angeordnet ist.

5. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nabe (4) die Seitenwände (2a, 2b) zentral durchsetzt.

6. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkö[phi]er Kühl- und Schmierstoff-Anschlüsse (7) und -Auslässe (8) ausgebildet sind, wobei vorzugsweise zumindest ein Kühl- und Schmierstoff-Anschluss (7) in einem zentralen Bereich einer Seitenwand, insbesondere im Bereich der Nabe (4), ausgebildet ist und in den Raum (6) zwischen den Seitenwänden führt und zumindest ein Kühl- und SchmierstoffAuslass (8) durch eine Seitenwand (2a) hindurch ausgebildet ist.

7. Grundkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch beide Seitenwände (2a, 2b) hindurchführende Abstandshülsen (9) vorgesehen sind, wobei die Abstandshülsen vorzugsweise mittels Presspassung in den Seitenwänden fixiert sind.

8. Grundkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fasem des Verbundwerkstoffs in den Seitenwänden im Wesentlichen radial (56, 64) oder bogenförmig (54, 55) vom Zentrum der Seitenwand (52a, 62a) zum Umfang verlaufend angeordnet sind.

9. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fasem des Verbundwerkstoffs zumindest im Umfangsbereich der Seitenwände bzw. in der Umfangswand in Umfangsrichtung angeordnet sind.

10. Grundkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Seitenwänden Fasem (65) des Verbundwerkstoffs spiralförmig vom Zentrum zum Umfang verlaufend angeordnet sind.

11. Grundkö[phi]er nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfangswand (32c) Fasem (34, 35) des Verbundwerkstoffs spiralförmig in Axialrichtung verlaufend angeordnet sind.

12. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasem in den Seitenwänden und gegebenenfalls der Umfangswand mehrlagig angeordnet sind.

13. Gmndkö[phi]er nach Anspmch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Fasem des Verbundwerkstoffs in den Seitenwänden und/oder gegebenenfalls in der Umfangswand in Kreuzlage angeordnet sind.

14. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände durch Querstege (5) miteinander verbunden sind.

15. Grundkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dicke (dl, d2) der Seitenwände von einem zentralen Bereich zum Umfang hin zumindest abschnittweise verjüngt.

16. Gmndkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfangsabschnitt zumindest ein Band (12d; 22d, 22e, 22f) mit unidirektionalen Verstärkungsfasem angeordnet ist.

17. Grundkö[phi]er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Verbundwerkstoff der Seitenwände und gegebenenfalls der Umfangwand mit Energiewandler- Werkstoffen (14, 15), wie z.B. Piezoelektrika, insbesondere piezokeramische Folien und Fasem, oder magnetostriktive oder elektroaktive Werkstoffe, kombiniert ist, wobei die Energiewandler- Werkstoffe optional einerseits als Sensoren mit einer elektrischen Regelung verbindbar sind und andererseits von der elektrischen Regelung als Aktoren ansteuerbar sind.

18. Rotierendes Schleif- bzw. Schneidwerkzeug (1, 41), insbesondere eine Schleifscheibe oder Schleiftrommel, mit einem Gmndkö[phi]er und auf einer Umfangsfläche und/oder zumindest einer Seitenfläche des Grundkö[phi]ers aufgebrachter Beschichtung aus einem Abrasivmaterial, z.B. Kubisches Bomitrid (CBN), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkö[phi]er gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.