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Die
Erfindung betrifft ein Schleifsystem mit einer Schleifscheibe mit
interner Kühlmittelzuführung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, ein Verteilerelement zur Versorgung der Schleifscheibe mit
einem Kühlmittel, eine Schleifscheibe mit interner Kühlmittelzuführung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 und ein Verfahren zur
Herstellung einer derartigen Schleifscheibe.
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Beim
Schleifen von komplexen Konturen wie zum Beispiel senkrechten Flanken
oder dünnen Stege können sehr hohe Temperaturen
entstehen, die sowohl zu einer Schädigung einer verwendeten Schleifscheibe
bzw. eines zu schleifenden Werkstücks als auch zur Qualitätsminderung
eines zu erzielenden Schliffs führen. Zur Kühlung
der Schleifscheibe und des Werkstücks sehen daher bekannte Lösungen
vor, ein Kühlmittel durch tangential angeordnete Spritzdüsen
auf den jeweiligen Schleifbereich zuführen. Es hat sich
jedoch gezeigt, dass durch diese Art der Kühlung keine
zufriedenstellende Temperatursenkung erreichbar ist. Weiterhin ist nachteilig,
dass die Schleifscheibe in einen Kühlmittelnebel gehüllt
wird, der entsprechende vorrichtungstechnische Maßnahmen
zur Vermeidung einer Gesundheitsgefährdung erfordert.
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In
dem europäischen Patent
EP
1 319 469 B1 wird ein Schleifsystem mit einer Schleifscheibe vorgeschlagen,
die mit einer internen Kühlmittelzuführung versehen
ist. Die Kühlmittelzuführung wird von einer Vielzahl
von Bohrungen mit konstantem Querschnitt gebildet, die sich von
einem radial innenliegenden Ringkanal der Schleifscheibe zur radial
außenliegenden Schleiffläche erstrecken. Der Ringkanal
ist mit einer Kühlmittelversorgung verbunden und verteilt
das Kühlmittel auf die Bohrungen. An dieser Lösung
ist jedoch problematisch, dass das Kühlmittel gleichzeitig
aus sämtlichen Bohrungen austritt, so dass auch hier entsprechende
vorrichtungstechnische Maßnahmen zur Vermeidung einer Gesundheitsgefährdung
notwendig sind. Selbst wenn als Kühlmittel ein gasförmiges
Fluid wie Luft verwendet wird, sind entsprechende Vorsichtmaßnahmen
zu treffen, um zum Beispiel eine Augenverletzung durch einen austretenden
Luftstrahl zu vermeiden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schleifsystem, das die vorgenannten
Nachteile beseitigt und eine zielgerichtete Kühlung eines Schleifbereiches,
ein Verteilerelement zur Versorgung der Schleifscheibe mit einem
Kühlmittel, eine Schleifscheibe mit interner Kühlmittelzuführung
und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schleifscheibe
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Schleifsystem mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1, ein Verteilerelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 5, eine Schleifscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
8 und ein Verfahren mit den Schritten des Patenanspruchs 13.
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Ein
erfindungsgemäßes Schleifsystem weist eine Schleifscheibe
mit interner Kühlmittelzuführung mit einer Vielzahl
von inneren Kühlmittelkanälen auf, die sich von
einem radial innenliegenden Scheibenabschnitt zu einer radial außenliegenden
Schleiffläche erstrecken. Des Weiteren hat die Schleifeinrichtung
ein Verteilerelement zum Einspeisen eines Kühlmittels in
die Kühlmittelkanäle. Erfindungsgemäß steht
nur der Kühlmittelkanal bzw. stehen nur die Kühlmittelkanäle
in Wirkverbindung mit dem Verteilersystem, der/die auf einen Schleifbereich
gerichtet ist/sind.
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An
dieser Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass das Kühlmittel
nur im Bereich des Schleifbereichs zugeführt wird und somit
eine zielgerichtete Kühlung des zu schleifendes Werkstücks
erfolgt, so dass ein gekühlter Schliff herstellbar ist.
Weiterhin wird die Schleifscheibe zielgerichtet gekühlt
und die Bildung eines Kühlmittelnebels wird wirksam unterbunden.
Ferner können sowohl gasförmige als auch flüssige
Fluide als Kühlmittel eingesetzt werden, da nur ein lokaler
sehr begrenzter Bereich mit dem Fluid benetzt wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel hat das Verteilerelement zumin dest
einen feststehenden Kühlmittelauslass, der mit jeweils
einer Eintrittsöffnung der Kühlmittelkanäle
bei einer Rotation der Schleifscheibe zumindest abschnittsweise
in Überdeckung bringbar ist. Hierdurch wird nur in die
Kühlmittelkanäle das Kühlmittel eingespeist,
die den zumindest einen Kühlmittelauslass passieren.
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Bevorzugterweise
ist das Kühlmittel über das Verteilerelement entlang
einer Drehachse der Schleifscheibe in die interne Kühlmittelzuführung
einspeisbar. Dies dient zur Reduzierung von Turbulenzen in dem Kühlmittelstrom.
Dabei kann das Verteilerelement mit seinem zumindest einem Kühlmittelauslass über
einen engen Spalt von einer jeweiligen gegenüberliegenden
Eintrittsöffnung der Schleifscheibe beabstandet sein und
eine Spindel der Schleifscheibe umgreifen. Dies hat den Vorteil,
dass die übrigen, sich nicht in Überdeckung mit
dem zumindest einen Kühlmittelauslass befindenden Kühlmittelkanäle
nahezu von dem Verteilerelement verschlossen sind, so dass keine
Verschmutzungen wie zum Beispiel Schleifpartikel in die freien Kühlmittelkanäle
eintreten können.
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Ein
erfindungsgemäßes Verteilerelement ist als ein
Hohlkörper mit einem Kühlmitteleinlass und mit
zumindest einem Kühlmittelauslass ausgebildet, der in zumindest
abschnittsweiser Überdeckung mit einer Eintrittsöffnung
zumindest eines Kühlmittelkanals einer Schleifscheibe mit
interner Kühlmittelzuführung bringbar ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper ringartig
ausgeführt und der Kühlmittelauslass stirnseitig
ausgebildet.
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Bevorzugterweise
sind eine Vielzahl von Kühlmittelauslässen vorgesehen,
die bogenförmig nebeneinander angeordnet sind. Dies ermöglicht eine
großflächige Kühlung des Schleifbereichs.
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Eine
erfindungsgemäße Schleifscheibe mit internen Kühlmittelzuführung
weist eine Vielzahl von inneren Kühlmittelkanälen
auf, die sich von einem radial innenliegenden Scheibenabschnitt
zu einer radial außenliegenden Schleiffläche erstrecken.
Erfindungsgemäß sind den Kühlmittelkanälen
jeweils eine stirnseitige bzw. in axiale Rich tung weisende Eintrittsöffnung
und jeweils zumindest eine umfangsseitige bzw. in radiale Richtung
weisende Austrittsöffnung zugeordnet. Hierdurch ist es
möglich, die Kühlmittelkanäle einzeln
anzusteuern und somit ein Kühlmittel gezielt auf einen
Schleifbereich zu führen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist die zumindest eine Austrittsöffnung
gegenüber dem jeweiligen Kühlmittelkanal querschnittsverjüngte
ausgebildet. Die Querschnittsverjüngung erzeugt einen Düseneffekt
und führt zu einer Geschwindigkeitserhöhung des
austretenden Kühlmittels. Bevorzugterweise sind jedem Kühlmittelkanal
eine Vielzahl von Austrittsöffnungen zugeordnet, so dass
das Kühlmittel trotz der engen Austrittsöffnungen
im Prinzip über den gesamten Querschnitt der jeweiligen
Kühlmittelkanäle austritt.
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Bevorzugterweise
sind die Kühlmittelkanäle in sich verdreht ausgebildet.
Dies bewirkt, dass das Kühlmittel beim Durchströmen
der Kühlmittelkanäle mit einem Drall beaufschlagt
und somit mit zusätzlicher kinetischer Energie versehen
wird.
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Die
Kühlmittelkanäle können entgegen der Drehrichtung
der Schleifscheibe orientiert bzw. angeordnet sein, so dass das
Kühlmittel in Strömungsrichtung aus den Austrittsöffnungen
austritt und nicht umgelenkt wird.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer
Schleifscheibe mit interner Kühlmittelzuführung
sieht vor, diese nach einem generativen Fertigungsverfahren, insbesondere
Rapid Manufacturing, herzustellen. Dies ermöglicht die
schnelle und einfache Herstellung komplexer Geometrien wie zum Beispiel
in sich verdrehte Kühlmittelkanäle.
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Sonstige
vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Darstellungen näher erläutert.
Es zeigen
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1 eine
perspektivische Phantomdarstellung eines erfindungsgemäßen
Schleifsystems,
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2 eine
perspektivische Rückansicht des erfindungsgemäßen
Schleifsystems,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A aus 1,
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4,
einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 3,
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5 eine
vordere Phantomdarstellung des erfindungsgemäßen
Schleifsystems, und
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6 eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schleifsystems.
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In
den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern,
wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur
nur ein konstruktives Element mit einer Bezugziffer versehen ist.
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Die 1 und 2 zeigen
eine vordere Phantomansicht und eine Rückansicht eines
erfindungsgemäßen Schleifsystems 2 mit
einer Schleifscheibe 4 und einem Verteilerelement 6.
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Die
Schleifscheibe 4 ist becherartig mit einer umfangsseitigen
Schleiffläche 8 ausgeführt und mit einer
internen Kühlmittelzuführung 10 zur Zuführung eines
Kühlmittels zu einem Schleifbereich 12 versehen.
Vorzugsweise ist sie nach einem generativen Fertigungsverfahren
wie zum Beispiel Rapid Manufacturing hergestellt. Die Art des Kühlmittels
richtet sich unter anderem nach dem zu schleifenden Werkstück,
wobei sowohl gasförmige Fluide wie Luft als auch flüssige
Kühlmittelemulsionen verwendet werden können.
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Die
Kühlmittelzuführung 10 weist eine Vielzahl
von Kühlmittelkanälen 14 auf, die sich
von einem radialen innenliegenden Scheibenabschnitt zur Schleiffläche 8 erstrecken.
Die Kühlmittelkanäle 14 werden jeweils
von in sich verdrehten Wandungen 16, 18 gebildet,
so dass die Kühlmittelzuführung 10 eine
quasi schaufelradartige Gestalt hat. Das Kühlmittel tritt
jeweils durch eine stirnseitige bzw. axiale Eintrittsöffnung 20 in
die Kühlmittelkanäle 14 ein und über
eine Vielzahl von umfangsseitigen Austrittsöffnungen 22 in
der Schleif fläche 8 aus der Schleifscheibe 4 aus.
Die Eintrittsöffnungen 20 sind zueinander ring-
bzw. kranzartig angeordnet und weisen eine in etwa rechteckige Gestalt
auf. Die Austrittsöffnungen 22 sind gegen über
den Kühlmittelkanälen 14 querschnittsverjüngt
ausgebildet und in benachbarten axialen Reihen 24 angeordnet,
wobei vorzugsweise jedem Kühlmittelkanal 14 zwei
Reihen 24 zugeordnet sind.
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Zur
Rotation der Schleifscheibe 4 ist eine Spindel 26 vorgesehen,
die an einer rückwärtigen Stirnfläche 28 der
Schleifscheibe 4 angreift und an der die Schleifscheibe 4 mittels
Schrauben 30 befestigt ist.
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Das
Verteilerelement 6 zur Einspeisung des Kühlmittels
in die Kühlmittelkanäle 14 ist ringartig ausgebildet
und umgreift die Spindel 26. Es weist in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel fünf axiale bohrungsartige
Kühlmittelauslässe 32 auf, die in einer der
rückwärtigen Stirnfläche 28 der
Schleifscheibe 4 zugewandten Ringfläche 34 des
Verteilerelements 6 in einem Bogen nebeneinander angeordnet
sind und bei einer Rotation der Schleifscheibe 4 mit jedem
der Eintrittsöffnungen 20 der Kühlmittelkanäle 14 in Überdeckung
bringbar sind und somit mit diesen in Wirkverbindung treten können.
Die übrigen sich nicht in Überdeckung mit den
Kühlmittelauslässen 32 befindenden Eintrittsöffnungen 20 der
Kühlmittelkanäle 14 werden von der Ringfläche 34 verschlossen.
Der Anschluss des Verteilerelements 6 an eine Kühlmittelpumpe
erfolgt über einen Kühlmitteleinlass 36.
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Gemäß der
Schnittdarstellung in 3 entlang der Linie A-A aus 1 liegt
die Spindel 26 mit einer Schulterfläche 38 an
der rückwärtigen Stirnfläche 28 an
und taucht mit einem Stirnvorsprung 40 in eine Vertiefung 42 der
Schleifscheibe 4 ein, wobei dieser vom Boden 44 der
Vertiefung 42 beabstandet ist.
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Das
Verteilerelement 6 ist ein ringartiger Hohlkörper,
der die Spindel 26 umgreift und von dieser über
einen Umfangsspalt 46 beabstandet ist. Ferner ist das Verteilerelement 6 mit
seiner Ringfläche 34 über einen engen
Ringspalt 48 von der rückwärtigen Stirnfläche 28 der
Schleifscheibe 4 beabstandet. Die Spaltbreite des Ringspaltes 48 ist
derart gewählt, dass eine Reibung zwischen dem Verteilerelement 6 und
der Schleifscheibe 4 verhindert wird, jedoch das Kühlmittel
nahezu verlustfrei aus den Kühlmittelauslässen 32 in
die gegenüberliegenden Eintrittsöffnungen 20 strömen
kann und die übrigen Eintrittsöffnungen 20 von
der Ringfläche 34 gegen Verschmutzungen geschützt
sind. Die Position der Kühlmittelauslässe 32 in
dem Verteilerelement 6 ist so gewählt, dass die
gegenüberliegenden Eintrittsöffnungen 20 fluchtend
zu ihnen angeordnet sind, wobei der Innendurchmesser der Kühlmittelauslässe 32 im
Wesentlichen der maximalen radialen Erstreckung der Eintrittsöffnungen 20 entspricht.
Der Kühlmitteleinlass 36 ist als eine Buchse ausgebildet,
die in eine sich parallel zur Drehachse 50 der Spindel 26 erstreckenden
Bohrung 52 eingesetzt ist und die mit einem Kühlmittelschlauch
oder einer Kühlmittelrohr verbindbar ist.
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Des
Weiteren ist in der 3 zu erkennen, dass die Kühlmittelkanäle 14 ausgehend
von den Eintrittsöffnungen 20 in Richtung der
in dieser Figur nicht gezeigten Austrittsöffnungen 22 derart
ihre Geometrie ändern, dass diese in sich verdreht ausgebildet
sind, wobei sie ihre Geometrie stufenlos von einem in etwa breiten
und flachen Rechteck hin zu einem in etwa schlanken und hohen Rechteck
verändern. Der Begriff „breit” heißt
in diesem Zusammenhang eine große radiale Ausdehnung, der
Begriff „flach” eine kleine axiale Ausdehnung,
der Begriff „schlank” eine kleine radiale Ausdehnung
und der Begriff „hoch” eine große axiale
Ausdehnung.
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Gemäß der
Schnittdarstellung in 4 entlang der Linie B-B aus 3 können
die Kühlmittelauslässe 32 zeitgleich
einen Überdeckungsbereich mit mehreren Eintrittsöffnungen 20 bilden,
so dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über
einen Kühlmittelauslass 32 zwei Kühlmittelkanäle 20 mit dem
Kühlmittel versorgt werden können.
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Im
Folgenden wird anhand von 5 die Funktionsweise
des erfindungsgemäßen Schleifsystems 2 erläutert:
Das Verteilersystem 6 wird mit seinen Kühlmittelauslässen 32 im
Schleifbereich 12 der Schleiffläche 8 positioniert
und festgesetzt. Dann wird die Schleif scheibe 4 über
die Spindel 26 in Rotation versetzt und mit der geforderten
Drehzahl angetrieben. Die Drehrichtung 54 ist dabei entgegen der
Ausrichtung der Kühlmittelkanäle 14.
Das Verteilerelement 6 ist feststehend und folgt daher
nicht der Rotation der Spindel 26. Die Kühlmittelpumpe
wird angesteuert und führt dem Verteilerelement 6 einen kontinuierlichen
Kühlmittelstrom zu. Aufgrund der sich einstellenden Relativbewegung
zwischen der Schleifscheibe 4 und des Verteilerelements 6 wird nur
in die Kühlmittelkanäle 14 das Kühlmittel
eingespeist, deren Eintrittsöffnungen 20 sich
zumindest abschnittsweise in Überdeckung mit den Kühlmittelauslässen 32 befinden,
wobei aufgrund der Rotation der Schleifscheibe 4 das Kühlmittel
durch die jeweiligen Kühlmittelkanäle 14 radial
nach außen bewegt wird und aus den jeweiligen Austrittsöffnungen 22 im Schleifbereich 12 austritt.
Die übrigen bzw. die von dem Schleifbereich 12 entfernt
liegenden Kühlmittelkanäle 14 werden
von dem Verteilerelement 6 verschlossen und sind somit
kühlmittelfrei. Somit besteht eine Wirkverbindung zum Einspeisen
des Kühlmittels zwischen dem Verteilersystem 6 und
den Kühlmittelkanälen 14 nur im Bereich
der Austrittsöffnungen 22, die sich im Schleifbereich 12 befinden bzw.
auf diesen gerichtet sind. Hierdurch kann eine gezielte Kühlung
des Schleifbereichs 12 erfolgen. Die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe
ist regelbar, so dass die Zufuhr des Kühlmittels sowohl
kontinuierlich als auch andersartig zum Beispiel getaktet oder entsprechend
dosiert sein kann.
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Der
Vollständigkeit halber wird auf 6 verwiesen,
die eine Seitendarstellung des erfindungsgemäßen
Schleifsystems 2 zeigt. Es ist deutlich die Ausrichtung
der Austrittsöffnungen 22 in axialen Reihen 24 in
der Schleiffläche 8 zu erkennen. Des Weiteren
ist der Ringspalt 48 zwischen der Ringfläche 34 des
Verteilerelements 6 und der rückwärtigen
Stirnfläche 28 der Schleifscheibe 4 zu
erkennen.
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Offenbart
ist Schleifsystem 2 mit einer Schleifscheibe 4 mit
interner Kühlmittelzuführung 10, das
eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen 14 aufweist, und
mit einem Verteilerelement 6 zum Einspeisen eines Kühlmittels,
wobei nur der Kühlmittelkanal 14 bzw. die Kühlmittelkanäle 14 in
Wirkverbindung mit dem Verteilerelement 6 steht/stehen, über
den/die das Kühlmittel zu einem Schleifbereich 12 förderbar ist,
ein Verteilerelement 6 sowie eine Schleifscheibe 4 zur
Verwendung in einem derartigen Schleifsystem 2 und ein
Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schleifscheibe 4.
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- 2
- Schleifsystem
- 4
- Schleifscheibe
- 6
- Verteilerelement
- 8
- Schleiffläche
- 10
- Kühlmittelzuführung
- 12
- Schleifbereich
- 14
- Kühlmittelkanal
- 16
- Wandung
- 18
- Wandung
- 20
- Eintrittsöffnung
- 22
- Austrittsöffnung
- 24
- Reihe
- 26
- Spindel
- 28
- Stirnfläche
- 30
- Schraube
- 32
- Kühlmittelauslass
- 34
- Ringfläche
- 36
- Kühlmitteleinlass
- 38
- Schulterfläche
- 40
- Stirnvorsprung
- 42
- Vertiefung
- 44
- Boden
- 46
- Umfangsspalt
- 48
- Ringspalt
- 50
- Drehachse
- 52
- Bohrung
- 54
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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