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Die
Erfindung betrifft ein selbstanschmiegendes Schleif- oder Polierwerkzeug
für ebene,
konvexe und konkave Oberflächen,
mit einem Trägerkissen, das
senkrecht zur Schleiffläche
weich oder elastisch ist und parallel zur Schleiffläche starr
gehalten ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die
zum gleichmäßigen Beschleifen
ebener und unebener, insbesondere konkaver und konvexer Oberflächen eingesetzt
werden kann. Diese Problemstellung kommt in vielen Bereichen vor,
z.B. beim Anschleifen älterer,
verzogener Hölzer,
beim Schleifen von gebogenen oder mit beliebig geformten Mulden
und Rinnen versehenen Blechen, beim Polieren von linsenförmigen Körpern usw.
Die Erfindung ist für
handgeführten
Rotations-, Schwing- oder anderen Schleifern konzipiert, kann aber
auf maschinellen Schleifeinrichtungen adaptiert werden.
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Stand der Technik
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Schleifeinrichtungen
mit einer Beweglichkeit senkrecht zur zu beschleifenden Oberfläche sind
bekannt (z.B.
DE 190
4424 U oder
DE
652171 C ). Bei ihnen wird die ebene Schleiffläche des
Werkzeugs als ganze bewegt, und diese Anordnung führt zu einer
Einebnung der zu schleifenden Oberfläche. In neuerer Zeit sind über die
ganze Auflagefläche
weiche elastische Schleifteller als Unterlage vorgeschlagen (
DE 1624214 U ,
DE 94 18 892 U1 )
und kommerziell verwirklicht. Für
Rotationsschleifer werden flexible Gummiteller verwendet, auf die
das Schleifmittel aufgebracht wird, bei Schwing- oder Exzenterschleifern
eine Lage aus Schaumgummi oder Schaumstoff zwischen einer Grundplatte
und dem eigentlichen Schleifmittel verwendet. Bei der Verwendung
von offenporigen Schaumstoffen besteht jedoch wegen der porösen isotropen
Struktur ein unauflösbarer
Gegensatz zwischen den Forderungen nach Weichheit (große Beweglichkeit
senkrecht zur Schleiffläche),
die für
die schnelle Anpassung an Oberflächenunebenheiten
entscheidend ist, und lateraler Stabilität des gesamten Schaums, die
für die Bewegung
des Schleifwerkzeugs auf der zu beschleifenden Oberfläche nötig ist.
Dies ist bekannt: „Der
Schaumgummi darf nicht zu weich sein, da sonst die Schwingungen
von diesem absorbiert werden" (G
94 18892 U). Ein weiterer Nachteil von Schaumstoffen ist der Aufbau
einer ungleichen Verteilung des Andrucks des Schleifwerkzeugs in
Gebieten verschiedener Tiefe der Oberflächenunebenheit, besonders aber
an den Rändern,
was die Gefahr von Riefenbildung im Schleifbild und sogar der Einebnung
einschließt.
Eine wesentliche Einschränkung der
Möglichkeiten
poröser
fester Schaum-Trägerkissen
ist die stark begrenzte Arbeitstiefe des Schleifwerkzeugs.
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Die
kommerziell üblichen
Geräte
haben für das
Schleifen unebener Flächen
viel zu harte Schleifteller. Auch ein Teller mit unelastischem Innen-
und elastischem Außenbereich
des Schleiftellers ist beschrieben (
DE 103 05 189 A1 ). Das letztere Patent ist auch
auf die Entfernung unerwünschter
Oberflächenerhebungen
ausgelegt. Des weiteren sind Vorrichtungen bekannt, die an eine
vorgegebene Oberflächenform
angepasst werden können
und diese Form dann während
des Schleifvorgangs beibehalten (
DE 695 055 22 T2 ,
AT 4231 U2 ), z.B. zum Schleifen eines Rotationsparaboloids
oder einer strukturierten Leiste.
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Aus
der
DD 95 332 ist eine
pneumatische Schleif- und Polierschale bekannt, bei der mittels
eines flexiblen Druckgefäßes Druck
auf das Teil aufgebracht wird, das mit dem Schleif- bzw. Poliermittel versehen
ist. Dieses Teil kann auch aus flexiblem Material gebildet sein,
das auf das Druckgefäß aufgeklebt
ist.
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Aus
DE 196 29 286 A1 ist
ein Polierkissen bekannt, das eine erste Schicht aufweist, die mit
einer ersten Oberfläche
zum Polieren eines zu polierenden Substrats sowie mit einer zweiten
Oberfläche versehen
ist, die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt
und auf kleinen Beuteln aufliegt, die ein Fluid hermetisch abgedichtet
enthalten.
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Ein
Schleifwerkzeug der eingangs genannten Art ist aus
US 4,084,356 bekannt. Dieses vorbekannte
Schleifwerkzeug weist ein fluidgefülltes Kissen auf, das über den
Rand einer starren Aufnahme hinausragt und sich an die Oberfläche des
zu schleifenden Objektes anschmiegt. Dieses vorbekannte Schleifwerkzeug
ist nur für
Unebenheiten mit geringen Tiefen geeignet. Bei größeren Tiefen
kommt der laterale Deformationseffekt im Kissen zum Tragen.
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Auf
dem Markt ist keine Maschine allgemein verfügbar, die zum Schleifen von
Objekten mit größeren Unebenheiten
geeignet ist, wie Suche und Befragung von Fachpersonal in Bau- und
Fachmärkten
sowie Fachgeschäften
ergab.
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Aufgabenstellung
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Demgemäß beschäftigt sich
die Erfindung mit der Aufgabe, eine Schleifeinrichtung herzustellen,
die auch unebene Flächen
mit größeren Tiefen gleichmäßig beschleifen
kann, ohne durch Verkanten Riefen zu erzeugen und ohne Unebenheiten
und insbesondere die Ränder
von Mulden oder Rinnen einzuebnen. Dabei sollen die Unebenheiten
im Millimeterbereich und darüber
hinaus liegen dürfen
und die Schleiffläche
groß,
z.B. 10 × 20
cm sein können.
Diese Aufgabe stellt sich in den oben genannten Beispielen und sollte
auch von Nicht-Fachkräften
gelöst werden
können.
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Lösung
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Gelöst wird
dieses Problem durch eine Ausbildung des Schleifwerkzeugs nach den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die
Erfindung beruht auf der Forderung, mit einem senkrecht zur Schleiffläche elastischen,
parallel zur Oberfläche
jedoch starren Element, das das eigentliche Schleifmittel, z.B.
Schleifleinwand, trägt, eine
Anpassungsfähigkeit
an ebene und unebene, insbesondere konkave Oberflächen zu
erzielen. Dabei soll der Anpressdruck des Schleifmittels auf die Oberfläche auf
der ganzen Auflagefläche
des Schleifmittels möglichst
konstant gehalten werden, um eine gleichmäßige Abtragung des Oberflächenmaterials
zu gewährleisten.
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Dieser
Forderung wird wie folgt entsprochen: In einem unter Druck stehenden
Fluid in einem vollständig
gefüllten
geschlossenen Gefäß ist der
Druck auf die Wände überall gleich
groß und
stellt sich bei Veränderung
der Form oder des Volumens des Gefäßes schnell neu ein. Ein elastisches
mit Fluid gefülltes
Behältnis,
beispielsweise eine Kapsel mit flexibler Umhüllung (im folgenden Kissen
genannt), z.B ein mit Luft oder mit Wasser gefüllter Plastikbeutel, passt sich
bei Andruck an eine unebene Oberfläche, z.B. eines rinnenförmig verzogenen
Bretts, sofort an diese an. Wenn dieses Kissen ein Schleifmittel
trägt, kann
mit ihr die geforderte Elastizität
der Schleifeinrichtung senkrecht zur Schleifebene erreicht werden.
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Da
der Schleifvorgang eine laterale Bewegung in Richtung der zu schleifenden
Oberfläche
verlangt, würde
eine Vorrichtung wie der o.g. Plastikbeutel auf der Oberfläche liegen
bleiben und nur eine laterale Deformation erleiden. Es ist keine
Flüssigkeit bekannt,
die eine genügende
Anisotropie der Elastizität
aufweist, bei der also die laterale Deformation in eine laterale
Verschiebung überginge,
die für
den Schleifvorgang nötig
ist.
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Für größere Tiefen
der Unebenheiten der zu beschleifenden Oberfläche ist ein außenstabilisiertes Kissen,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, nicht optimal. Wenn das Kissen
zu weit über
den Rand des Behältnisses
hinausragt hat dieser Teil keine Außenstabilisierung mehr. Durch
geeigneten Besatz der inneren Oberfläche der Kissenumhüllung mit Noppen
kann eine innere Stabilisierung gegen laterale Verschiebung geschaffen
werden, wie in 1 ausgeführt und in Anspruch 1 spezifiziert
ist. Die Lösungen
werden in den Ausführungsbeispielen
deutlich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 10 genannt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber
noch näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt einen Querschnitt durch
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs.
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Ausführungsbeispiele
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Das
Beispiel ist für
konkave Oberflächen
und eine zylindrische Symmetrie erklärt.
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Es
ist ein insbesondere für
größere Tiefen von
konkaven Unebenheiten günstiges
Ausführungsbeispiel.
In 1 ist der Schnitt durch ein zylindrisches Element
dargestellt.
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Die
Kissenumhüllung
besteht aus zwei Bereichen 21 und 22, die im Inneren
Noppen 23 tragen. Hier geschieht die laterale Stabilisierung
im Innern des Kissens durch die Noppen. Einer der Bereiche, z.B. 22,
ist als biegsame oder elastische Membran ausgebildet, der andere
ist eben und starr, was durch verschiedene Dicken der Bereiche der
Kissenumhüllung
oder durch Aufbringen von Hüllenbereich 21 auf eine
ebene Metall- oder ähnliche
Unterlage (Support 21a) verwirklicht werden kann. Mit dieser
Ausformung der Membran 21 kann das Schleifkissen beispielsweise
auf einen kommerziellen Handschleifer aufgebracht werden (z.B. mit
einer Klettbefestigung 26). Die flexible Membran 22 trägt das Schleifmittel 27.
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Die
Noppen sind so gestaltet, dass die Noppen 23a von 21 in
die Vertiefungen der Noppen 23b von 22 passen,
der Noppenquerschnitt kann rund oder viereckig sein oder jede Form
haben, bei der sich die Noppen 23a und 23b beim
Zusammenschieben von 21 und 22 lateral berühren. Dagegen
dürfen die
Noppen die Gegenmembran nicht berühren, es muss Platz für eine laterale
Verschiebung der Flüssigkeit 25 bestehen,
die zwar klein aber für
den Druckausgleich notwendig ist. Für die beabsichtigte Funktion
müssen
sich die Noppen senkrecht zur Schleifrichtung gegeneinander verschieben
können, dazu
ist es notwendig, dass sich die Flüssigkeit im Kissen auch zwischen
den Bereichen der flachen Membran 21 und der flexiblen 22 bewegen
kann. Dies wird dadurch erleichtert, dass nicht die ganze Fläche der
Membranen 21 und 22 mit Noppen besetzt ist, sondern
die Noppen in dichten Inseln stehen.
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Dieses
flache Element passt sich in der Fläche den Unebenheiten der zu
schleifenden Oberfläche
an, wobei die Noppen an einander entlang gleiten und die Flüssigkeit
neu verteilen. Das Element kann aber nur noch als ganzes lateral
verschoben werden, da die verzahnten Noppen sich nicht seitlich gegen
einander verschieben können.
Die Flüssigkeit verteilt
sich beim internen Arbeiten des Elements um, verteilt den Druck
gleichmäßig und
wirkt gleichzeitig als Schmiermittel bei der Bewegung der Noppen senkrecht
zur Schleifebene. Das Element trägt
auf seiner elastischen Seite das eigentliche Schleifmittel und erfüllt so die
Aufgabenstellung für
größere Tiefen der
konkaven Oberfläche.
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Die
Durchbiegung der Membran 22 und damit die Tiefe der Unebenheiten
der zu schleifenden Oberfläche
kann durch die Länge
der Noppen und die Menge der Flüssigkeit
bestimmt werden.
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Die
Flüssigkeit
kann auch durch ein Gas ersetzt werden, was bei schnell rotierenden
Schleifwerkzeugen von Vorteil sein kann, da bei Gasfüllung der
Fliehkrafteffekt, der bei Flüssigkeiten
eine ungleiche Druckverteilung in radialer Richtung bewirkt, praktisch
keine Rolle spielt. Die Reibung der Noppen aneinander kann durch
ein geeignetes Gleitmittel verringert werden.
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Da
beim Schleifen hohe Temperaturen entstehen können, ist eine hoch siedende
Flüssigkeit
zu wählen.
Auch die Membranen und Noppen sollten aus thermisch stabilen Materialien
gefertigt, werden.
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Die
Elemente nach 1 können nun in verschiedener Weise
in das gesamte Schleifwerkzeug integriert werden. Es können auf
beiden Seiten Haftflächen
fest aufgebracht werden, z.B. Klettflächen 26, wodurch es
z.B. bei vielen handelsüblichen Schwingschleifern
oder Exzenterschleifern zwischen vorhandenem Schleifteller und Schleifblatt
eingefügt werden
kann, die oft beide Klettbefestigungen haben. Es kann aber auch
Bestand teil des Schleiftellers selbst sein und eine Haftfläche für das eigentliche Schleifmittel
bieten, und/oder es kann selbst eine Schleifmittelschicht 27 tragen.
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Eine
erweiterte Aufgabenstellung wie die in
DE 103 05 189 A1 beschriebene
ist mit dem Element bei geringer Modifikation ebenfalls zu lösen: bei
einer scheibenförmigen
Ausgestaltung des Elements werden im zentralen Bereich die Noppen
durch eine feste Verbindung, z.B. durch Stege, zwischen Membran
21 und
Membran
22 ersetzt.