DE10103435A1 - Schleifwerkzeug - Google Patents

Abstract

Es wird ein neuer Typ von Schleifwerkzeug angegeben, bei dem die Kühlmittelzufuhr zu der Kontaktfläche zwischen dem Schleifwerkzeug und dem zu bearbeitenden Werkstück durch eine Ausnehmung (4) in dem Schleifwerkzeug, in die von außen das Kühlmittel gespritzt wird, und Durchgänge (7) zwischen der Ausnehmung und der Schleiffläche (3) bewirkt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schleifwerkzeug, insbesondere auf ein rotationssymmetrisches Schleifwerkzeug wie eine Schleifscheibe oder ähnliches, mit einer verbesserten Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung des Schleifwerkzeuges und/oder des bearbeiteten Werkstücks.

Herkömmlicherweise wird bei einer Bearbeitung eines Werkstücks mittels Schleifen, zum Beispiel unter Verwendung eines Schleifwerkzeugs wie einer Schleifscheibe, ein Fluid zum Kühlen und Schmieren der Schleifscheibe und des Werkstücks verwendet. Ein sol­ ches Fluid ist gewöhnlich Wasser mit Zusätzen oder Öl geeigneter Viskosität und wird im folgenden als Kühlmittel bezeichnet.

Die Schleifwerkzeuge (Schleifscheiben) drehen sich bei einer solchen Schleifbearbeitung mit hohen Umdrehungszahlen von zum Beispiel 8000 U/min. Bei den daraus resultieren­ den Umdrehungsgeschwindigkeiten (Umfangsgeschwindigkeiten) bildet sich im Grenz­ schichtbereich eine Art Luftpolster aus "mitgerissener Luft" an der Schleiffläche (sowie eine relativ lange Kontaktzone). Dieses Luftpolster verhindert, daß das Kühlmittel zu der Kontaktfläche zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gelangt, falls das Kühlmittel nicht mit einer hohen kinetischen Energie zu der Kontaktfläche gesprüht wird. Dieses wird gewöhnlich dadurch erreicht, daß das Kühlmittel mit hohen Drücken von zum Beispiel 50 bar aus einer Düse, die in der Nähe der Kontaktfläche angeordnet ist, in Richtung der Kontaktfläche gesprüht wird. Dieses Vorgehen resultiert in einem Kühlmittelbedarf von ca. 80-120 l/min. Insbesondere das Bereitstellen von Pumpen, die einen derart hohen Druck liefern können, verursacht hohe Kosten.

Weiterhin ist es bei dem herkömmlichen System notwendig, daß bei jeder Änderung der relativen Orientierung der Kontaktfläche zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werk­ stück im Verhältnis zu der Spindel, die das Schleifwerkzeug trägt, auch die Orientierung der Düse geändert werden muß. Gleiches gilt für den Fall, in dem das Schleifwerkzeug gewechselt wird. Zudem erfordern die Anordnung der Düsen und die entsprechende Kühlmittelzuführung einen erheblichen Platzbedarf.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die bisherige Weise des Zuführens von Kühlmittel zu der Kontaktfläche zwischen einem Werkstück und einem Schleifwerkzeug einerseits kostenträchtig und andererseits arbeitsaufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleifwerkzeug und ein Verfahren zum Zuführen eines Fluids zu einer Schleiffläche eines Schleifwerkzeugs anzugeben, die durch eine verbesser­ te Kühlmittelzuführung einen effizienteren Schleifprozeß ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 bzw. ein Verfah­ ren nach Anspruch 12.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der beigefügten Fig. 1.

Fig. 1a) zeigt eine Ausführungsform eines Schleifwerkzeugs in einer Seitenansicht und

Fig. 1b) zeigt eine Schnittansicht des Schleifwerkzeugs aus Fig. 1a).

Eine Schleifscheibe wird als eine Ausführungsform des Schleifwerkzeugs der Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf Schleifscheiben begrenzt, sondern grundsätzlich auf jedes Schleifwerkzeug anwendbar, das zum Schleifen um eine Achse gedreht wird, so daß auf eine Flüssigkeit, die in einer Ausnehmung des Schleifwerkzeugs befindlich ist, die einen radialen Abstand von der Drehachse aufweist, eine Zentrifugalkraft wirkt.

Eine Drehachse 2 ist mit einem Schleifscheibengrundkörper 1 einer Schleifscheibe, bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform durch einstückige Ausbildung, verbunden. Die Achse 2 kann mit dem Grundkörper 1 ebenso durch Verschrauben, Verschweißen, Ver­ kleben oder ähnliches verbunden sein. Die Schleifscheibe kann weiterhin Bestandteil eines Schleifscheibenpakets sein, das auf der Achse 2 angeordnet ist.

Der Schleifscheibengrundkörper 1 weist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform auf seiner radialen Außenseite eine Schleiffläche 3 auf. Diese Schleiffläche 3 ist ein Belag aus einem abrasiven Material wie CBN, Diamant oder ähnlichem in einer geeigneten Bin­ dung.

In dem Grundkörper 1 ist eine Ausnehmung 4 ausgebildet. Die Ausnehmung 4 weist eine Öffnung 5 auf, die auf der der Achse 2 zugewandten Außenfläche 6 des Grundkörpers 1 konzentrisch um die Achse 2 ausgebildet ist. Von der Öffnung 5 erstreckt sich die Aus­ nehmung 4 relativ zu der Achse 2 schräg nach außen, so daß sie gegenüber der Außenflä­ che 6 hinterschnitten ist (siehe den Schnitt in Fig. 1b)).

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist die Ausnehmung 4 fünf Öffnungen 7 auf, die in gleichem Winkelabstand um die Achse 2 angeordnet sind. Die Öffnungen 7 sind als sich radial von der Ausnehmung 4 zu der Schleiffläche 3 erstreckende Durchgän­ ge 7 ausgebildet.

Diese Ausbildung der Ausnehmung 4 mit den Öffnungen 5, 7 ermöglicht es, daß während der Drehung der Schleifscheibe aus einer Zufuhrleitung, die in Fig. 1b) schematisch als eine Düse 8 dargestellt ist, durch die Öffnung 5 ein Kühlmittel in die Ausnehmung 4 eingespritzt wird. Die Düse 8 ist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform an dem mit E markierten Punkt in Fig. 1a) angeordnet.

Das Einspritzen des Kühlmittels durch die Düse 8 in die Ausnehmung 4 führt dazu, daß das Kühlmittel durch Reibung mit der Wand der Ausnehmung 5 mitgerissen wird. Das Kühlmittel wird durch die Zentrifugalkraft nach außen getrieben, so daß es aufgrund der hinterschnittenen Ausbildung der Ausnehmung 4 nicht ohne weiteres in Richtung der Außenfläche 6 aus der Ausnehmung 4 austreten kann. Grundsätzlich ist die hinterschnit­ tene Ausbildung nicht unabdingbar, aber sie erhöht den Wirkungsgrad der Anordnung.

Das Kühlmittel, das sich in der Ausnehmung 4 befindet, wird durch die Drehung der Schleifscheibe und die Reibung mit der Außenwand der Ausnehmung 4 beschleunigt und erreicht letzten Endes eine Umdrehungsgeschwindigkeit, die im wesentlichen gleich zu der Umdrehungsgeschwindigkeit der Wandung der Ausnehmung 4 ist. An den durch die Durchgänge gebildeten Öffnungen 7 wird das Kühlmittel durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt. Während des Durchgangs durch den Durchgang 7 wird das Kühlmittel weiter beschleunigt, so daß es beim Austritt aus der Öffnung 7 im wesentlichen dieselbe Tangentialgeschwindigkeit wie die Schleiffläche 3 aufweist.

In einer Weiterbildung ist die Position E der Düse 8 so gewählt, daß der Winkel β zu einer Kontaktfläche B mit dem Werkstück größer ist als der Winkel, der zum Beschleuni­ gen des Kühlmittels auf die Tangentialgeschwindigkeit der Schleiffläche benötigt wird.

Das Kühlmittel wird daher sicher und ohne die Notwendigkeit, das Luftpolster zu durch­ schneiden, zu einer Kontaktfläche zwischen der Schleifscheibe und einem Werkstück geführt.

Das Zuführen des Kühlmittels zu der Ausnehmung 4 kann mit geringem Druck gesche­ hen, da die Schleifscheibe die eigentliche "Pumpleistung" erbringt, um das Kühlmittel zu der Kontaktfläche zu fördern.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform des Schleifwerkzeugs ermöglicht es daher, die hohen Kosten für die Bereitstellung des Kühlmittels mit hohem Druck drastisch zu reduzieren. Aufgrund der Tatsache, daß das Kühlmittel gezielt der Schleiffläche zugeführt wird, kann zudem die benötigte Kühlmittelmenge reduziert werden, was eine weitere Kostenreduzierung mit sich bringt.

Da sich die Ausnehmung in der Schleifscheibe ungeachtet der Winkelstellung der Schleif­ scheibe zu dem Werkstück etc. nicht verändert, kann das Kühlmittel immer sicher der Ausnehmung ohne Veränderung der Düsenstellung zugeführt werden.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen und Modifikationen beschrieben.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Ausnehmungen mit entsprechenden Öffnungen zu der Schleiffläche in dem Schleifwerkzeug ausgebildet. Bei einer Schleifscheibe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, könnte zum Beispiel eine einzige oder eine weitere Ausnehmung mit einer Öffnung auf der der Außenfläche 6 gegenüber­ liegenden Seite ausgebildet sein. Ebenso können die Zugänge zu den weiteren Ausneh­ mungen auf derselben Seite der Schleifscheibe ausgebildet sein.

Die Ausbildung der Ausnehmung ist nicht darauf begrenzt, daß eine Ausnehmung mit einer zu der Drehachse konzentrischen Zufuhröffnung ausgebildet wird. Die Ausnehmung kann auch vollständig umschlossen in dem Grundkörper 1 ausgebildet sein und durch einen oder mehrere radial verlaufende Zufuhrkanäle mit dem Kühlmittel versorgt werden. Die Zufuhrkanäle werden dann durch Bohrungen in einer Außenfläche, zum Beispiel der Außenfläche 6, durch Kühlmittel, das kontinuierlich oder intermittierend in Richtung der Öffnungen gespritzt wird, zugeführt werden. Diese Anordnung würde zwar einen höheren Kühlmittelverbrauch bewirken. Der Kühlmittelverbrauch ist hinsichtlich der Kosten aber nicht so wichtig wie die Reduzierung des notwendigen Drucks.

Selbstverständlich sind hinsichtlich der Querschnittsform der Ausnehmung auch andere Querschnitte als der in Fig. 1 dargestellte Querschnitt möglich. Insbesondere können stärkere Hinterschneidungen, abgerundete Aushöhlungen, etc. vorteilhaft sein.

Der Verlauf der die Öffnungen 7 bildenden Durchgänge ist keineswegs auf radial verlau­ fende Durchgänge beschränkt. Es ist zum Beispiel möglich, die Durchgänge so auszubil­ den, daß sie eine Neigung relativ zu einem sich radial erstreckenden Verlauf aufweisen. Weiterhin oder alternativ können die Durchgänge einen gekrümmten Verlauf aufweisen.

Die Ausbildung der Durchgänge ist auf verschiedene Weise möglich. Zum Beispiel kön­ nen die Durchgänge mittels Laserbearbeitung in das Werkzeug "gebohrt" werden. Es ist ebenso möglich, daß das Werkzeug aus mehreren Stücken zusammengesetzt wird, und daß die Ausnehmung und die Öffnungen ggf. durch Erodieren, Fräsen, das Einfügen von entfernbaren Teilen in Sinterkörper, etc. ausgebildet werden.

Wenn das Schleifwerkzeug Nuten in der Schleiffläche aufweist, zum Beispiel bei segmen­ tierten Schleifscheiben, können die Öffnungen 7 der Durchgänge auch in den Nuten aus­ gebildet sein.

Grundsätzlich sind auch andere Kühlmittelzuführungen als das Einspritzen mittels der Düse 8 möglich. Wichtig ist, daß die Kühlmittelzuführung berührungslos erfolgt und daß daher eine aufwendige Kühlmittelzuführung durch die Drehachse mit der entsprechend notwendigen Abdichtung entfällt.

Wenn auf den Vorteil der berührungslosen Kühlmittelzuführung verzichtet werden soll, dann ist selbstverständlich auch eine Kühlmittelzuführung durch die Achse 2 möglich, so daß dann die Öffnung 5 der Ausnehmung nicht auf der Außenseite der Schleifscheibe, sondern bei der dann in der Achse 2 verlaufenden Kühlmittelzuführung angeordnet ist.

Claims (12)

1. Schleifwerkzeug, insbesondere eine Schleifscheibe, mit
einem Schleifwerkzeuggrundkörper (1), der um eine Achse (2) drehbar und zu der Achse (2) im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und eine Schleiffläche (3) auf­ weist, und
einer Ausnehmung (4), die in dem Schleifwerkzeuggrundkörper (1) ausgebildet ist und wenigstens eine erste Öffnung (5) zur Zuführung eines Fluids und wenigstens eine zweite Öffnung (7) in oder bei der Schleiffläche (3) aufweist.

2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (5) auf einer ersten Außenseite (6) des Schleifwerkzeuggrundkör­ pers (1), die unterschiedlich von der Schleiffläche (3) ist, angeordnet ist.

3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (4) derart ausgebildet ist, daß sie gegenüber der ersten Außenfläche (6) radial von der Achse (2) weg hinterschnitten ist.

4. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (5) ausgebildet ist zum Einspritzen eines Fluids während der Dre­ hung des Schleifwerkzeugs um die Achse (2) aus einer Düse (8), die das Schleifwerkzeug nicht berührt.

5. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung (5) konzentrisch um die Achse (2) ausgebildet ist.

6. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Öffnung (7) als eine zweite Ausnehmung in dem Schleifwerkzeuggrund­ körper (1) ausgebildet ist, die radial von der ersten Ausnehmung zu der Schleiffläche (3) läuft, wobei die zweite Ausnehmung als ein Durchgang (7) von der ersten Ausnehmung (4) zu der Schleiffläche oder als eine Ausnehmung in der ersten Außenfläche (6) von der ersten Ausnehmung (4) zu der Schleiffläche (3) ausgebildet ist.

7. Schleifwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchgang (7) radial von der Achse (2) von der Ausnehmung (4) zu der Schleif­ fläche (3) verläuft, oder
daß der Durchgang (7) in einem Winkel relativ zu einem radialen Verlauf von der Aus­ nehmung (4) zu der Schleiffläche (6) verläuft.

8. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der zweiten Öffnungen (7) ausgebildet ist.

9. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von ersten Ausnehmungen (4) ausgebildet ist.

10. Anordnung aus einem Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Kühlmittelzufuhr (8) zum Zuführen von Kühlmittel zu der ersten Ausnehmung (4), bei der die Kühlmittelzufuhr das Kühlmittel an einem ersten Punkt (E) zu der ersten Aus­ nehmung (4) zuführt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der der erste Punkt (E) einen vorbestimmten Winkel (β) von der vorbestimmten Kontaktfläche (B) zwischen dem Schleifwerkzeug und einem zu bearbeitenden Werkstück entfernt ist, wobei der vorbestimmte Winkel (β) so gewählt ist, daß er größer als der Winkel ist, über den das zugeführte Kühlmittel auf im wesentlichen die Umdrehungsgeschwindigkeit der Ausnehmung beschleunigt wird.

12. Verfahren zum Zuführen von Kühlmittel zu der Kontaktfläche eines Schleif­ werkzeugs mit einem durch das Schleifwerkzeug zu bearbeitenden Werkstück, mit den Schritten:
Bereitstellen von Kühlmittel mit einem ersten Druck,
Drehen des Schleifwerkzeugs mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit um eine Achse (2),
Bringen einer Schleiffläche (3) des Schleifwerkzeugs in Kontakt mit einem Werkstück unter gleichzeitigem Zuführen von Kühlmittel durch eine Kühlmittelzufuhr (8) in einer Ausnehmung (4) des Schleifwerkzeugs, und
Zuführen des Kühlmittels aus der Ausnehmung (4) durch eine Durchgangsöffnung (7) zwischen der Ausnehmung und der Schleiffläche (3) unter Ausnutzung einer Zentrifugal­ kraft, die durch die Drehung des Schleifwerkzeugs auf das in der Ausnehmung (4) befind­ liche Kühlmittel ausgeübt wird.