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Ein
neuartiger, in der Regel scheibenförmiger, rotierender Schleifkörper, insbesondere
für die Metallbearbeitung,
erhält
in Distanz zur zentralen Aufnahmebohrung, mehrere axiale Bohrungen,
von denen radiale Kanäle
bis zur Kontakt- bzw. Arbeitsfläche
verlaufen.
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Die
einseitig verschlossenen axialen Bohrungen werden auf ihrer geöffneten
Seite von einem mit dem Schleifkörper
verbundenen Kühlmittelbeschleuniger überdeckt.
Dieser besteht aus entsprechend ausgebildeten Verdichterschaufeln
und einem aufgesetzten Gehäuse.
Er nimmt über
eine zentrale Öffnung
das gasförmige
oder flüssige
Kühlmittel
auf und drückt
es, unter Ausnutzung der Rotation der Schleifscheibe, in die axialen
Bohrungen. Von dort reichen dünne
Kanäle
bis zur Schleif- bzw. Kontaktfläche.
In ihnen wird das eingedrückte
Kühlmittel durch
die Zentrifugalkraft weiter beschleunigt und bis zur Schleif- bzw.
Kontaktfläche
geleitet.
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Der
Kühlmittelbeschleuniger
kann in einen einteiligen Schleifkörper integriert sein. Bei einem zweiteiligen
Schleifkörper
ist der Kühlmittelbeschleuniger
in den Schleifkörperträger integriert.
Er verdichtet und drückt
das Kühlmittel über radiale
Kanäle
direkt zur Kontakt- bzw. Arbeitsfläche des aufgesetzten Schleifkörpers.
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Stand der Technik
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Ein
körniges,
sehr hartes Material, von Natur aus verfestigt oder künstlich
in eine Form zusammengepresst, dient zum Abtragen von feinen Materialteilchen
durch Schleifen, besonders bei Stahl aber auch Mineralien.
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Standards:
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Ein
traditioneller Schleifstein besteht durchweg aus einem kunstharz-
oder keramikgebundem, sehr harten, körnigen mineralischen Material
bzw. Metalloxiden. Technik ist es, den Schleifkörper in runder Form als Schleifscheibe
oder -stein zu nutzen. Das zu schleifende Werkstück wird am relativ schnell rotierenden
Schleifkörper
geführt.
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Die
Oberfläche
des Schleifkörpers
setzt sich während
des Schleifvorganges, besonders bei Schleifarbeiten von Hand und
ohne besondere Kühleinrichtungen,
mit verbrannten Stahlteilchen, den Schlacken zu oder verschmutzt.
Er wird dadurch zunehmend unbrauchbar bzw. muss in speziellen Vorgängen gereinigt
werden.
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Handhabung:
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Besonders
beim Anschleifen von Schneidwerkzeugen für Handwerker ist spezielle
Vorsicht geboten. Der Schleifer läuft ständig Gefahr, durch die entstehende,
recht beachtliche Reibungswärme,
die Stahleigenschaften nachteilig zu verändern. Besonders bei Kohlenstoffstählen besteht
die Gefahr der Überhitzung.
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Die Problematik der Temperaturkontrolle:
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Die
Regel ist, ob nun Korundscheiben, Bandschleifmittel, diamantbesetzte
Schleifmittel oder andere benutzt werden, dass das zu schleifende
Werkzeug entweder permanent, meist aber in relativ kurzen Zeitabständen nach
Gefühl
und/oder Erfahrung mittels einer Kühlflüssigkeit abgekühlt werden
muss. Die durch Reibung um die Schleifstelle aufgebaute Temperatur
wird dadurch wieder auf die Kühlmitteltemperatur
zurückgebracht.
Das ist zeitaufwendig und beeinträchtigt recht nachteilig die
erforderliche oder gewünschte
Präzision
an der Schneide.
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Der Natur-Schleif-Stein:
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Es
gibt auch noch die seit Beginn des Eisenzeitalters benutzten Schleifscheiben
aus Natur-Sandstein, oft im Wasserbad. Die Schneide des Werkzeugs
wird dabei nicht überhitzt,
das Verfahren ist aber höchst
unökonomisch,
sei es wegen mangelnder Präzision
oder durch den vergleichsweise enormen Zeitaufwand. Zudem ist diese
Art Schleifmittel durch großen
und unregelmäßigen Verschleiß des Schleifmittels
selbst gekennzeichnet.
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Alle
handelsüblichen
Schleifgeräte
besitzen mehr oder weniger die vorgenannten Nachteile.
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Die Zielsetzung
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Die
Erfindung setzt sich das Ziel, mittels eines kostengünstigen,
sowohl wartungs- als
auch störungsfrei,
automatisch arbeitenden Kühlsystems, den
Aufbau einer stahlschädigenden
Temperatur zu vermeiden bzw. der Überhitzung eines zu schleifenden
Werkzeugs entgegenzuwirken.
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Die
Erfindung setzt sich das Ziel, das Schleifen allgemein, besonders
von Werkzeugen, bei denen Handarbeit erforderlich ist, sicherer
und schneller zu machen, so dass auch Schleifer mit weniger Übung und
Erfahrung, Werkstücke
präziser,
problemfreier, und unbeschädigt
anschleifen können.
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Ein
Schleifvorgang soll möglich
werden, ohne dass er zum Kühlen
unterbrochen werden muss.
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Eine
Werkzeugschneide soll ohne Unterbrechung, also ohne Zwischenkühlung, gefahrlos
für den
Schleifer und den Stahl, mit der geforderten Präzision, in einem Arbeitsgang
fertiggeschliffen werden können.
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Der
problemlose Einsatz von Winkelführungen
soll möglich
und realistisch werden bzw. bleiben.
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Der
Schleifablauf soll durch die Möglichkeit eines
kräftigeren
Andrucks beschleunigt werden können,
ohne eine Überhitzung
zu verursachen.
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Ein
Werkzeug soll, durch eine präzisere Schneidengestaltung
und Verringerung der Ausglühgefahr,
eine längere
Lebenszeit erhalten.
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Eine
Umrüstung
bzw. Austausch auf die neuartige Schleifscheibe soll problemlos
und ohne technische Änderungen
möglich
sein.
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Alle
gesteckten Ziele sind durch den neuartigen Schleifkörper, mit
selbsttätiger,
automatischer Kühlung,
zu erreichen.
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(1) Übersicht.
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Ein
neuartiger, rotierender, scheibenförmiger Schleifkörper für die Metallverarbeitung,
besitzt, gleichmäßig um die
zentrale Aufnahmebohrung verteilt, axiale Bohrungen oder Durchbrüche. 1 und 2.
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Ausgehend
von diesen Bohrungen verlaufen im Schleifkörper kleine Kanäle bis zur
Kontakt- bzw. Arbeitsfläche. 1 und 5.
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(2) Kompaktbauweise oder Mehrteilig
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Der
Schleifkörper
kann sowohl in Kompaktbauweise, kunstharz- oder keramisch gebunden,
als auch aus verschiedenen Einzelteilen bzw. unterschiedlichen Materialien
bestehen oder zusammengesetzt sein. Er kann auch um einen oder mehrere zusammengesetzte
Kernteile eine diamantbesetzte Schleifoberfläche haben oder einen, ggfs.
auch austauschbaren, lamellenbesetzten Schleifkörper.
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(3) Kühlmittelbeschleuniger
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Die
einseitig verschlossenen axialen Bohrungen werden auf ihrer geöffneten
Seite von einem mit dem Schleifkörper
verbundenen Kühlmittelbeschleuniger überdeckt. 7.
Dieser Kühlmittelbeschleuniger,
bestehend aus entsprechend ausgebildeten Verdichterschaufeln und
einem aufgesetzten Gehäuse,
nimmt über
eine zentrale Öffnung
das gasförmige
oder flüssige
Kühlmittel
auf und drückt
es, unter Ausnutzung der Rotation der Schleifscheibe, in die axialen
Bohrungen. 4.
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(4) Die Kühlwirkung
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Das
in diesen axialen Bohrungen angekommene, verdichtete Kühlmittel,
wird durch die zentrifugalen Kräfte
weiter beschleunigt und durch die von dort ausgehenden radialen
Kanäle
bis zur Scheibenoberfläche
bzw. Kontaktfläche
gedrückt.
Es entfaltet direkt an der Angriffsfläche, auf der Kontaktfläche der
Schleifscheibe, die gewünschte
und angestrebte Kühlwirkung.
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(5) Axiale Bohrungen
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Die
axialen Bohrungen werden auf der Scheibe einseitig, gegenüber dem
Kühlmittelbeschleuniger,
abgedichtet. 4 und 7. Eine
andere Möglichkeit
ist es die Bohrungen im Schleifkörper
nicht durchgängig
zu machen. Das Kühlmittel kann
somit ausschließlich
durch sie und die radialen Bohrungen bis zur Kontaktfläche des
Schleifkörpers strömen. 3
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(6) Der Kühlmittelbeschleuniger und seine
technische Ausstattung.
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Der
Kühlmittelbeschleuniger überdeckt
die axialen Bohrungen derart, dass das beschleunigte Kühlmittel
vom Inneren des Beschleunigergehäuses in
die Bohrungen gedrückt
wird. 4 und 5. Das Beschleunigergehäuse besitzt
eine zentrale Öffnung,
in die das gasförmige
Kühlmittel
einströmt
oder eingedrückt
bzw. das flüssige
Kühlmittel
eingeleitet oder auch eingedrückt
wird. 4.
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(7) Verdichter
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Der
Kühlmittelbeschleuniger
enthält
Verdichterschaufeln. Einsetzbar sind radiale, axiale und halbaxiale
Ausführungen.
Sie entsprechen dem bekannten Stand der Technik und sind an die
hier gegebenen technischen Erfordernisse angepasst. Durch ihre Konstruktionsweise
beschleunigen sie, unter Ausnutzung der Rotation der Schleifscheibe,
das jeweilige Kühlmittel
und drücken
es mit erhöhter
Strömungsgeschwindigkeit
in die axialen Bohrungen. 4.
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(8) Die radial angeordneten Kanäle in der
Schleifscheibe:
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Die
radial angeordneten Kanäle
gehen alle von den axialen Querbohrungen im Schleifkörper aus und
verlaufen bis zur Schleifscheibenoberfläche bzw. -arbeitsfläche. 1.
Sie sind zur axialen Bohrung in unterschiedlichen Winkeln angeordnet.
Sie transportieren beim Einsatz der Schleifscheibe das gasförmige oder
flüssige
Kühlmittel
direkt an die Kontakt- bzw. Arbeitsfläche der Schleifscheibe.
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(9) Strömungsgeschwindigkeit
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Ohne
zusätzliche
technische Hilfsmittel, nur durch die besondere Ausformung des Kühlmittelbeschleunigers
und durch die während
des Betriebes der Schleifscheibe wirkenden Zentrifugalkräfte, wird eine
hohe Strömungsgeschwindigkeit
des jeweils eingesetzten Kühlmittels
erreicht. Dies führt
zu einer überaus
effizienten Kühlung
des Werkstücks
und der Schleifscheibe. Darüber
hinaus bewirkt die hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels,
dass der beim Schleifen entstehende Abrieb automatisch abtransportiert
wird. Bei Luft als Kühlmittel
wird der Abrieb weggeblasen, bei flüssigem Kühlmittel weggespült. Dadurch
kann der entstehende Schleifabrieb bzw. die Schleifrückstände den
unmittelbaren Schleifkontakt mit dem Werkstück nicht mehr beeinträchtigen – wie im
Stand der Technik beschrieben.
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(10) Das Kühlmittel.
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Das
Kühlmittel
ist gasförmig – Luft – oder flüssig.
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Es
wird in eine zentrale Öffnung
des Gehäuses
des Kühlmittelbeschleunigers
eingeleitet bzw. -geführt. 5.
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Während des
Betriebes wird das Kühlmittel durch
den Kühlmittelbeschleuniger
beschleunigt. Danach wird es durch axiale Querbohrungen und radial angeordnete
Kanäle
geleitet, die bis zur Scheibenoberfläche der Kontaktfläche des
Schleifkörpers
reichen. 5.
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Die
Rotation der Schleifscheibe beschleunigt das unter starker Strömung und
Druck stehende Kühlmittel
dabei zusätzlich.
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(11) Der Kühlmittelbeschleuniger technisch:
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Der
Kühlmittelbeschleuniger
besteht aus einem Verdichtergehäuse
und Verdichterschaufeln, die durch ihre spezielle technische Ausformung,
das einkommende Kühlmittel,
unter Ausnutzung der Rotation der Schleifscheibe, beschleunigen
und in die axialen Querbohrungen eindrücken.
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Der
Kühlmittelbeschleuniger
ist entweder axial, halbaxial oder radial ausgeführt.
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Die
Verdichterschaufeln entsprechen in ihrer Konstruktionsform dem bekannten
Stand der Technik und sind an die hier gegebenen technischen Erfordernisse
angepasst.
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Das
Gehäuse
mit den Verdichterschaufeln ist entweder herstellerseits unlösbar mit
dem Schleifkörper
verbunden oder es wird zusammen mit diesem auf der Antriebswelle
montiert oder ist in den Schleifkörper bzw. Schleifkörperträger integriert.
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(12) Durchgehende axiale Querbohrungen
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- werden auf der, dem Kühlmittelbeschleuniger
gegenüber
liegenden Seite, abgedichtet. 4.
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Jede
geeignete geometrische Form der axialen Querbohrungen ist denkbar.
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(13) Vorteile.
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Die
neuartige Schleifscheibe, mit integriertem oder aufgesetztem Kühlmittelbeschleuniger, kann
ohne technische Änderungen
an bestehende, traditionelle Antriebssysteme angeschlossen werden,
aufgesetzte Kühlmittelbeschleuniger
je nach Bedarf auch nachträglich.
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Hinsichtlich
der Umdrehungszahlen bestehen gegenüber den traditionellen Schleifscheiben keine
besonderen Einschränkungen.
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Das
Schleifgut, jedes zu schleifende Arbeitsstück, wird automatisch, ohne
weitere technische Aggregate, intensiv, ununterbrochen und stets
direkt gekühlt.
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Das
Werkstück
oder Schleifgut allgemein, beispielsweise das Schneidwerkzeug eines
Tischlers, wird genau an der Schneidenstelle gekühlt, dort wo die Reibungswärme entsteht.
Der Verlust einer spezifischen Stahlhärte durch Überhitzung besteht dann im
Extremfall nur noch bei extrem unsachgemäßer Behandlung.
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Schleifrückstände werden
von den eingesetzten Kühlmitteln
automatisch von der Kontaktstelle entfernt. Dies wird durch die
hohe Strömungsgeschwindigkeit
erreicht.
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(14) Eine aus mehreren Elementen zusammengesetzte
Schleifscheibe
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Eine
Schleifscheibe setzt sich zusammen aus
- a) dem
Basisteil und
- b) dem aufgesetzten, ringförmigen
Schleifkörper. 8.
- a) Das Basisteil ist aus einem leicht zu verarbeitenden
Werkstoff, wie Metall oder Kunststoff. Es wird direkt auf die Antriebswelle
montiert.
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In
das Basisteil ist ein Kühlmittelbeschleuniger
so integriert, dass er als radialer Verdichter arbeitet. Es dient
nicht allein zur Momentenübertragung sondern
auch als Verdichtergehäuse.
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Die
Verdichterschaufeln des Kühlmittelbeschleunigers
sind in eine axiale Aussparung des Basisteils eingebettet. Die Aussparung
ist von einer Platte abgedeckt. Sie besitzt eine zentrale Öffnung für die Kühlmittelzufuhr.
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Das
Kühlmittel
wird beim Schleifvorgang von den Verdichterschaufeln, unter Ausnutzung
der Rotation, radial beschleunigt – 8 – und über die
Verbindungskanäle
in die Ringnut gedrückt. 9.
- b) Der aufgesetzte Schleifkörper – 8 – besteht
aus einem ringförmigen
Metallteil mit aufgesetztem Schleifkörper.
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Das
Metallteil dient der Stabilisierung und dem passgenauen Sitz des
Schleifkörpers
auf dem Basisteil.
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(15) Der aufgesetzte Schleifkörper
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Der
aufgesetzte Schleifkörper
besitzt durchgehende radiale Lüftungskanäle. Sie
sind in einer Vielzahl gleichmäßig über den
gesamten Umfang verteilt. 9.
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Die
Lüftungskanäle verbinden
bei der zusammengesetzten Schleifscheibe – Basisteil mit Schleifkörperaufsatz – die Ringnut
auf dem Umfang des Basisteils mit der Kontaktfläche des Schleifkörpers.
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Somit
kann das beschleunigte Kühlmittel
direkt zur Kontakfläche
gelangen.
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(16) Vorteile bei der zusammengesetzten
Schleifscheibe
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Leicht
verarbeitbare Materialien im Basisteil.
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Einfaches
Austauschen der Schleifkörper.
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Kostengünstiges
Austauschen verschlissener bzw. unbrauchbarer Schleifkörper.
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Kostenvorteile
bei der Nutzung verschiedener Schleifkorngrößen und/oder -eigenschaften.
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(17) Die Austauschbarkeit.
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Eine
Umrüstung
bzw. Austausch auf die neuartige Schleifscheibe wird problemlos
und ohne technische Änderungen
möglich.
Eine aufwendige und/oder zeitaufwendige bzw. kostenintensive Umrüstung entfällt. Eine
Anpassung an geänderte
technische Gegebenheiten ist jederzeit möglich.
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(18) Reinigungseffekt Schleifmaschinen
bzw. -automaten.
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Gasförmige Kühlmittel
oder Kühlflüssigkeiten
kommen präzise
gezielt und punktgenau dort an, wo sie wirkungsvoll gebraucht werden.
Sie bewirken dabei zudem, dass die Schleifstelle immer sauber bleibt,
ohne die qualitätsmindernden
Schleifrückstände. Sie
blasen oder spülen
diese von der Arbeitsstelle weg.
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Bezugszeichenerklärung.
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Fig. 1
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- W
- Axiale Querbohrungen
- X
- Radiale Bohrungen
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Fig. 4
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- D
- Radiale Kühlmittelkanäle
- E
- Abdeckung
- F
- Bohrung für die Aufnahme
der Schleifscheibe
- J
- Beschleunigergehäuse
- G
- Luftströmung als
Kühlmittel
- H
- Alternativ: Zuführung von
flüssigem
Kühlmittel
- B
- Verdichtung im Kühlmittelbeschleuniger
- C
- Kühlmitteleintritt in die axialen
Querbohrungen
- A
- Das Kühlmittel
wird in diese radialen Kühlmittelkanäle gedrückt
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Fig. 8
-
-
- K
- Radial angeordnete
Lüftungskanäle
- L
- Basisteil der Schleifscheibe
- M
- Ringförmiger Schleifkörper
- N
- Verdichter
- O
- Kühlmittelströmung bzw. -fluss
- P
- Öffnung für den Kühlmitteleinlass
- Q
- Abdeckung
- R
- Verbindungskanal zur
Ringnut
- S
- Ringnut
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Fig. 9
-
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- U
- Ringförmiges Metall-
oder Plastikteil
- V
- Schleifkörper