DE102005014110A1

DE102005014110A1 - Schleifwerkzeug und Verfahren zum Schleifen von Hohlräumen

Info

Publication number: DE102005014110A1
Application number: DE200510014110
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Thomas; Hans-Joachim Nowak; Ralf Reiter; Thomas Werner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: DE102005014110B4; JP4590366B2; JP2006263910A; CN1836840B; CN1836840A

Abstract

Es wird ein Schleifwerkzeug mit einem Grundkörper (12) angegeben, der vorzugsweise rotationssymmetrisch in Form eines Tellers ausgebildet ist, mit einem Schaft zur Halterung des Schleifwerkzeuges (10) an einer Spindel, wobei der Grundkörper (12) eine äußere Mantelfläche (18) und eine erste, dem Schaft (14) abgewandte Stirnfläche (20) aufweist, wobei die Mantelfläche (18) und Teile der ersten Stirnfläche (20) mit einem Schleifbelag versehen sind und wobei in der Mantelfläche (18) eine Mehrzahl von Vertiefungen (22) vorgesehen ist, die in die erste Stirnfläche (20) ausmünden. Das Schleifwerkzeug (10) kann vorteilhaft zur Herstellung von Hohlräumen mit Hinterschneidung insbesondere an Werkstücken aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, genutzt werden (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug mit einem Grundkörper, der vorzugsweise rotationssymmetrisch in Form eines Tellers ausgebildet ist, mit einem Schaft zur Halterung des Schleifwerkzeuges an einer Spindel, wobei der Grundkörper eine äußere Mantelfläche und eine erste, dem Schaft abgewandte Stirnfläche aufweist, wobei die Mantelfläche und Teile der ersten Stirnfläche mit einem Schleifbelag versehen sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Schleifverfahren zum Schleifen von Hohlräumen, vorzugsweise mit Hinterschneidung, vorzugsweise an Werkstücken aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, insbesondere zur Herstellung von Leichtgewichtsstrukturen aus Glaskeramik, wie aus Zerodur^®.

Ein Schleifwerkzeug gemäß der eingangs genannten Art ist aus Patent Abstracts of Japan 05069339 A bekannt. Das bekannte Schleifwerkzeug ist topfförmig ausgebildet und weist an einer schrägen rückwärtigen Fläche des Topfes eine Mehrzahl von Zuflusskanälen auf, die sich schräg in den Hohlraum erstrecken. Der Hohlraum ist über eine Anzahl von Kanälen mit der Stirnfläche des topfförmigen Grundkörpers verbunden, wobei die Kanäle in der Stirnfläche ausmünden und einen Austritt von Gas oder Schleifflüssigkeit ermöglichen, die über die schrägen Kanäle an der der Stirnfläche abgewandten Seite des Schleifwerkzeuges in dem von dem topfförmigen Grundkörper aufgespannten Hohlraum zugeführt wird.

Ein derartiges Schleifwerkzeug ist insbesondere zum Flächenschleifen oder gegebenenfalls zum Schleifen von Hohllochbohrungen geeignet. Hohlräume mit Hinterschneidung lassen sich mit einem derartigen Schleifwerkzeug nicht schleifen.

Bei der Schleifbearbeitung von großen Bauteilen, die insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik bestehen, beispielsweise aus Zerodur^®, müssen häufig Leichtgewichtsstrukturen hergestellt werden, um das Eigengewicht einer derartigen Struktur zu reduzieren. Derartige Leichtgewichtsstrukturen werden beispielsweise aus dem Material Zerodur^® zur Herstellung von astronomischen Spiegeln verwendet. Hierbei wird das Werkstück auf seiner der Spiegelfläche abgewandten Rückseite mit einer Vielzahl von Bohrungen mit Hinterschneidung versehen, um so das Eigengewicht des Werkstückes zu reduzieren, aber dennoch einen äußerst formstabilen Spiegelkörper zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug und ein Verfahren zum Schleifen von Hohlräumen anzugeben, mit dem sich insbesondere Bohrungen mit Hinterschneidung, wie sie insbesondere zur Herstellung von Leichtgewichtsstrukturen aus Zerodur^® erforderlich sind, auf besonders einfache und zeitsparende Weise herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Schleifwerkzeug gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der Mantelfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen vorgesehen ist, die in die erste Stirnfläche ausmünden.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Durch die Vertiefungen in der Mantelfläche, die in der ersten Stirnfläche ausmünden, ist eine besonders gute Abfuhr von Abrieb und Schleifflüssigkeit von der Stirnfläche über die Vertiefungen von der Arbeitsstelle weg ermöglicht.

Auf diese Weise kann ein hoher Volumenabtrag erreicht werden, ohne dass das Schleifwerkzeug aus dem Bohrloch zurückgefahren werden muss, um eine Abfuhr des abgetragenen Materials zu ermöglichen. Vielmehr kann mit dem Schleifwerkzeug unmittelbar ins Volle geschliffen werden, um eine relativ tiefe Bohrung zu erzeugen. Nach Erreichen einer ausreichenden Tiefe der Bohrung kann mit dem Schleifwerkzeug mit Hilfe der Mantelfläche seitlich verfahren werden, um die Bohrung nach und nach seitlich zu verbreitern, um so einen Hohlraum mit Hinterschneidung zu erzeugen. Dabei dienen die Vertiefungen in der Mantelfläche ei nerseits einem verbesserten Vorschub in der Seitwärtsrichtung und andererseits einer Abfuhr von Schleifmaterial.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Grundkörper eine zweite Stirnfläche auf der Seite des Schaftes auf, in die die Vertiefungen der Mantelfläche ausmünden.

Auf diese Weise ist eine gute Materialabfuhr auch dann gewährleistet, wenn das Schleifwerkzeug mit seiner dem Schaft zugewandten Stirnfläche zum Schleifen der Innenfläche der Hinterschneidung genutzt wird.

In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung sind die Vertiefungen als schräg verlaufende Nuten in der Mantelfläche ausgebildet, die in Vertiefungen zumindest an einer Stirnfläche ausmünden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper tellerförmig ausgebildet, und die Vertiefungen weisen in der ersten Stirnfläche radial verlaufende Nuten auf, die mit den schräg verlaufenden Vertiefungen der Mantelfläche verbunden sind.

Auf diese Weise wird eine besonders gute Materialabfuhr vom Mittelbereich des Schleifwerkzeuges zum Rand hin und über seine Mantelfläche nach hinten gewährleistet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden die radial verlaufenden Vertiefungen in einer zentralen Vertiefung aus.

Auch auf diese Weise wird die Materialabfuhr von der Schleifstelle verbessert.

In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung sind in der ersten Stirnfläche kreissektorförmige Vertiefungen vorgesehen.

In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung sind zumindest einige der kreissektorförmigen Vertiefungen über in Umfangsrichtung verlaufende Verbindungskanäle mit den radial verlaufenden Vertiefungen verbunden.

Auf diese Weise wird einerseits eine verbesserte Schleifwirkung an der ersten Stirnfläche erzielt, und andererseits wird gleichzeitig eine verbesserte Materialabfuhr von Schleifabrieb gewährleistet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander eine Mehrzahl von Vertiefungen, vorzugsweise sechs Vertiefungen, in der Mantelfläche vorgesehen, die jeweils mit radial verlaufenden Vertiefungen in der ersten Stirnfläche verbunden sind.

In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung münden die Vertiefungen in der Mantelfläche in eine kreisringförmige Vertiefung an der zweiten Stirnfläche aus.

Durch diese Maßnahmen werden ein verbesserter Vorschub sowie eine verbesserte Abfuhr des Schleifabriebes insbesondere dann gewährleistet, wenn mit der zweiten Stirnfläche ein verbleibende Steg von innen geschliffen wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Vertiefungen in der Mantelfläche zur ersten Stirnfläche in einem spitzen Winkel, der vorzugsweise zwischen 10 und 60°, besonders bevorzugt zwischen 20 und 40° liegt.

Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Anordnung der Vertiefungen in der Mantelfläche ein besonders guter Vorschub und eine besonders gute Abfuhr des Schleifabriebes erzielt werden kann.

Der Schleifbelag des Schleifwerkzeuges ist vorzugsweise als Diamantschleifbelag ausgebildet.

Hiermit lassen sich besonders vorteilhaft Glas, Glaskeramik und Keramikmaterialien bearbeiten.

Bei einem erfindungsgemäßen Schleifverfahren wird ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug verwendet, um Hohlräume ins Volle zu schleifen. Durch ein seitliches Verfahren mit dem Schleifwerkzeug lassen sich auch Hohlräume mit Hinterschneidung vorteilhaft herstellen.

Dabei wird das Schleifwerkzeug vorzugsweise derart angetrieben, dass sich die schrägen Vertiefungen in der Mandelfläche des Schleifwerkzeuges ausgehend von der zweiten Stirnfläche in Drehrichtung zur ersten Stirnfläche hin erstrecken.

Auf diese Weise ist eine besonders gute Abfuhr des Schleifabriebes von der Arbeitsstelle gewährleistet.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges, auf dem insbesondere die dem Schaft abgewandte erste Stirnfläche und die Mantelfläche erkennbar sind;

2 eine perspektivische Ansicht des Schleifwerkzeuges gemäß 1 von schräg hinten, wobei die Mantelfläche und die rückwärtige zweite Stirnfläche erkennbar sind (in gegenüber 1 leicht vergrößerter Darstellung);

3 eine Aufsicht auf ein Werkstück zur Herstellung einer Leichtgewichtsstruktur, in dem eine Mehrzahl von Hohlräumen mit Hinterschneidung eingebracht wurde, und

4 einen Querschnitt durch das Werkstück gemäß 3, in dem nebeneinander angeordnete Hohlräume erkennbar sind, wobei ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug in verschiedenen Phasen der Schleifbearbeitung dargestellt ist.

Ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug ist in den 1 und 2 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
Das Schleifwerkzeug 10 weist einen Schaft 14 auf, der zur Befestigung an einer Schleifspindel dient und an dem ein tellerförmiger Grundkörper 12 etwa durch eine Schweißnaht 38 (vgl. 2) verbunden ist. Der Grundkörper 12 weist eine erste Stirnfläche 20 an seiner dem Schaft 14 abgewandten Seite und eine zweite Stirnfläche 34 an seiner dem Schaft 14 zugewandten Seite auf. Zwischen den beiden Stirnflächen 20, 34 erstreckt sich eine zylindrische Mantelfläche 18.
In der Mantelfläche 18 sind in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander insgesamt sechs schräg verlaufende Vertiefungen 22 in Form von Nuten vorgesehen, die in radial verlaufende Vertiefungen 24 an der ersten Stirnfläche 20 ausmünden. Ferner münden die Vertiefungen 22 auch an der zweiten Stirnfläche 34 in eine kreisringförmige Vertiefung 36 aus. Die Vertiefungen 22 schließen mit der ersten Stirnfläche 20 und der zweiten Stirnfläche 34 einen spitzen Winkel ein, der etwa 30° beträgt. Die radial verlaufenden Vertiefungen 24 in der ersten Stirnfläche 20 sind als Nuten ausgebildet, die in einer zentralen kreisförmigen Vertiefung 32 an der ersten Stirnfläche 20 ausmünden.
Zusätzlich sind in der ersten Stirnfläche 20 insgesamt sechs kreissektorförmige Vertiefungen 26 vorgesehen, die jeweils über einen in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungskanal 28 mit jeweils einer zugeordneten radialen Vertiefung 24 in Verbindung stehen. Diese Vertiefungen 24 sind an ihrer der zentralen Vertiefung 32 zugewandten Seite durch einen zentralen kreisförmigen Bereich 30 begrenzt und gegenüber der jeweils zugeord neten radialen Vertiefung 24 durch einen erhabenen Steg 28, der gleichfalls kreissegmentförmig ausgebildet ist, abgetrennt.
Sämtliche erhabenen Teile der ersten Stirnfläche 20 außer dem zentralen kreisförmigen Bereich 30 sind mit einem Diamantschleifbelag versehen. Der Diamantschleifbelag erstreckt sich auch über die gesamte Mantelfläche 18 und den erhabenen Teil der zweiten Stirnfläche 34.
Somit dienen die erhabenen Teile der ersten Stirnfläche 20 als Schleifflächen, mittels derer ein guter Materialabtrag beim Schleifen ins Volle etwa zum Erzeugen einer Bohrung erzielt werden kann. Dabei dienen die kreissegmentförmigen Vertiefungen 26 einerseits zur Ausbildung von Schleifkanten an den benachbarten Stegen und andererseits zur Materialabfuhr über die Verbindungskanäle 28 und die radialen Vertiefungen 24, und schließlich über die damit in Verbindung stehenden schrägen Vertiefungen 22 in der Mantelfläche 18 zur Rückseite des Schleifwerkzeuges 10.
Ist einmal ein Hohlraum in die Oberfläche eines Werkstückes eingeschliffen, so kann mit dem Schleifwerkzeug durch ein seitliches Verfahren nach und nach ein Hohlraum mit Hinterschneidung ausgeschliffen werden. Hierbei kann auch dann, wenn mit der zweiten Stirnfläche 34 gearbeitet wird, das Abriebmaterial einerseits in der Vertiefung 36 der zweiten Stirnfläche 34 aufgenommen werden, und andererseits über die schrägen Vertiefungen 22 der Mantelfläche 18 in den bereits ausgeschliffenen Hohlraum abgeführt werden.
Die Drehrichtung (entgegen dem Urzeigersinn) des Schleifwerkzeuges 10 ist in 1 durch einen Pfeil 17 angedeutet. Sie ist vorzugsweise so gewählt, dass die Vertiefungen 22 in der Mantelfläche 18 ausgehend von der zweiten Stirnfläche 34 in Drehrichtung 17 zur ersten Stirnfläche 20 hin verlaufen.
Hierdurch wird eine gute Abfuhr des Schleifabriebes von einer Arbeitsstelle an der ersten Stirnfläche 20 erreicht.
In 3 ist eine Leichtgewichtsstruktur aus Zerodur^® schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 40 bezeichnet. In die Leichtgewichtsstruktur oder das Werkstück 40 wird in einer wabenartigen Anordnung eine Vielzahl von Hohlräumen 42 mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug eingebracht. Jeder Hohlraum 42 weist eine zentrale kreisförmige Öffnung 44 auf, unterhalb derer der Hohlraum 42 seitlich vergrößert ist, so dass ein Hohlraum 42 mit Hinterschneidung 46 gebildet ist. Dabei ist die Außenkontur des Hohlraums 42, wie in 3 schematisch angedeutet ist, annähernd sechseckförmig ausgebildet, mit abgerundeten Seitenkanten, wobei der Rundungsradius durch den Außenumfang des verwendeten Schleifwerkzeuges vorgegeben ist.
In 4 ist schematisch dargestellt, wie eine derartige Leichtgewichtsstruktur 40 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges 10 erzeugt werden kann. Zunächst wird mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug 10 ins Volle geschliffen, bis die gewünschte Tiefe des Hohlraums 42 erzielt ist. Anschließend kann durch seitliches Verfahren des Schleifwerkzeuges 10 nach und nach der hexagonale Hohlraum 42 ausgeschliffen werden. Dabei ist der Hohlraum 42 durch verbleibende Stege 46 von der Außenoberfläche 48 des Werkstückes 40 abgetrennt.
In 4 ist eine erste Stellung des Schleifwerkzeuges 10 auf der linken Seite angedeutet. Im mittleren Bereich ist mit 10' ein Schleifwerkzeug angedeutet, mit dem die Innenfläche des verbleibenden Steges 46 im Bereich der erzeugten Hinterschneidung gerade geschliffen wird. Auf der rechten Seite von 4 ist dargestellt, wie mittels des Schleifwerkzeuges 10'' der Hoden des Hohlraums 42 geschliffen werden kann.
Die der Oberfläche 48 gegenüberliegende, nicht unterbrochene Außenoberfläche 50 kann beispielsweise zur Herstellung einer Spiegeloberfläche genutzt werden, etwa um einen Astronomiespiegel herzustellen.

Claims

Schleifwerkzeug mit einem Grundkörper (12), der vorzugsweise rotationssymmetrisch in Form eines Tellers ausgebildet ist, mit einem Schaft (14) zur Halterung des Schleifwerkzeuges (10) an einer Spindel, wobei der Grundkörper (12) eine äußere Mantelfläche (18) und eine erste, dem Schaft (14) abgewandte Stirnfläche (20) aufweist, wobei die Mantelfläche (18) und Teile der ersten Stirnfläche (20) mit einem Schleifbelag versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche (18) eine Mehrzahl von Vertiefungen (22) vorgesehen ist, die in die erste Stirnfläche (20) ausmünden.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) eine zweite Stirnfläche (34) auf der Seite des Schaftes (14) aufweist, in die die Vertiefungen (22) der Mantelfläche (18) ausmünden.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (22) als schräg verlaufende Nuten in der Mantelfläche (18) ausgebildet sind, die in Vertiefungen (24, 36) zumindest an einer Stirnfläche (20, 34) ausmünden.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) tellerförmig ausgebildet ist und dass die Vertiefungen (24) in der ersten Stirnfläche (20) radial verlaufende Nuten aufweisen, die mit den schräg verlaufenden Vertiefungen (22) der Mantelfläche (18) verbunden sind.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verlaufenden Vertiefungen (24) in einer zentralen Vertiefung (32) ausmünden.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stirnfläche (20) kreissektorförmige Vertiefungen (26) vorgesehen sind.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der kreissektorförmigen Vertiefungen (26) über in Umfangsrichtung verlaufende Verbindungskanäle (28) mit den radial verlaufenden Vertiefungen (24) verbunden sind.
Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander eine Mehrzahl von Vertiefungen (22), vorzugsweise sechs Vertiefungen (22), in der Mantelfläche (18) vorgesehen ist, die jeweils mit radial verlaufenden Vertiefungen (24) in der ersten Stirnfläche (20) verbunden sind.
Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander eine Mehrzahl von Vertiefungen (22) in der Mantelfläche (18) vorgesehen ist, die in eine kreisringförmige Vertiefung (36) in der zweiten Stirnfläche (34) ausmünden.
Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (22) in der Mantelfläche (18) zur ersten Stirnfläche (20) in einem spitzen Winkel verlaufen, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10 und 60°, besonders bevorzugt in einem Winkel zwischen 20 und 40°.
Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag als Diamantschleifbelag ausgebildet ist.
Verfahren zum Schleifen von Hohlräumen (42), vorzugsweise mit Hinterschneidung (46), vorzugsweise an Werkstücken (40) aus Glas, Glaskeramik oder Keramik, insbesondere zur Herstellung von Leichtgewichtsstrukturen aus Glaskeramik wie aus Zerodur^®, bei dem ein Schleifwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei der das Schleifwerkzeug derart angetrieben wird, dass sich die schrägen Vertiefungen (22) in der Mantelfläche (18) des Schleifwerkzeuges (10) ausgehend von der zweiten Stirnfläche (34) in Drehrichtung (17) zur ersten Stirnfläche (20) hin erstrecken.