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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien, vorzugsweise eine Schleifscheibe, mit einem Trägerkörper, wobei der Trägerkörper eine Dicke D aufweist und eine Aufnahme für eine Welle, welche den Trägerkörper in Bewegung versetzt.
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Derartige Werkzeuge zum Bearbeiten von Materialien sind im Stand der Technik bekannt. Die
EP 1 336 456 A1 zeigt ein derartiges Werkzeug mit einem Trägerkörper, der am Umfang in Umfangsrichtung Aufnahmeschlitze aufweist, in die Diamanten eingesetzt werden, mittels derer die Bearbeitung eines Materials, beispielsweise Beton, Estrich oder dergleichen, erfolgt. Solche Trägerkörper werden auf Schleifern, wie beispielsweise Betonschleifer aufgesetzt, um Oberflächen für eine weitere Verarbeitung vorzubereiten, zu egalisieren oder zu veredeln. Aber auch andere Bearbeitungen von Oberflächen durch Schleifer mit Trägerkörpern sind bekannt. Das Bearbeiten des Materials erfolgt bei solchen Werkzeugen im Wesentlichen in Richtung der ebenen, kreisförmigen Grundfläche der Trägerscheibe.
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Bei den im Stand der Technik bekannten Werkzeugen ist nachteilig, dass die Trägerkörper schwer sind und die Vibrationen der Trägerkörper im Einsatz häufig schlecht vorherzusehen und daher die Dämpfung des Trägerkörpers schwierig ist. Die Schwingungsdämpfung der bekannten Trägerkörper erfolgt im Stand der Technik häufig in der Form, dass der Trägerkörper des Werkzeugs aus Vollmaterial, beispielsweise einem Elastomer oder einem elastomerartigen Material mit einem hohen Härtegrad, gefertigt ist, welches durch seine Eigenschaften eine Stauchung zulässt. Dies kann jedoch zu Mängeln im Bearbeitungsergebnis oder sogar den Oberflächen selbst führen.
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Aktuell werden teils Metallscheiben mit einer Aufnahme für eine Welle und Bereichen zum Aufbringen von Schleifmaterial eingesetzt; teils werden, wenn dies nötig ist, auch Kohlefaserverbundwerkstoffe zur Herstellung von Trägerkörpern für gewichtsreduzierte Schleifscheiben verwendet. Allerdings ist die Herstellung solcher Kohlefaserverbundwerkstoffe aufwändig und teuer. Zudem sind die Eigenschaften des Trägerkörpers schlecht zu steuern, da nach Aushärten des Trägerkörpers eine weitere Bearbeitung kaum möglich ist. Eine weitere Reduktion des Gewichts außer durch das gewählte Material selbst ist nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen ein verbessertes Bearbeitungsergebnis erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Trägerkörper in seiner Dicke mindestens partiell in mindestens eine Ausnehmung bildenden Bereich reduziert ist und dass die Ausnehmung sich vom inneren Bereich in Richtung der Außenkante des Trägerkörpers erstreckt.
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In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass zu einer Verbesserung des Bearbeitungsergebnisses eine verbesserte Einstellung der Stärke der Dämpfungseigenschaften/des Schwingungsverhaltens des Werkzeugs geschaffen werden muss, so dass eine in Hinblick auf das zu erzielende Arbeitsergebnis ein gezieltes Schwingungsdämpfungsverhalten des Trägerkörpers während des Schleifens erreicht wird. Dies wird durch eine gezielte Modifikation einer definierten Stauchung erreicht, welche durch die Art, Anzahl und Ausgestaltung der Ausnehmung, welche von einem inneren zu eine äußeren Bereich des Trägerkörpers verlaufen, stufenlos einstellbar ist, wobei die Einstellung auch nach der Fertigstellung des Werkzeuges in gewissen Bereichen verändert werden kann, nämlich dadurch das die Ausnehmungen in ihrer Form verändert oder vergrößert werden. Hierdurch wird die gezielte Stauchung/Federung des Werkzeugs um ein Vielfaches verbessert, weil etwaige Maschinen- oder Antriebsvibrationen besser absorbiert werden können. Die Härte einer erfindungsgemäßen Trägerkörper ist insbesondere über die radiale Erstreckung der Ausnehmung einstellbar. Je größer die radiale Erstreckung der Ausnehmung ist desto mehr nimmt die Steifigkeit der Trägerscheibe ab.
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Zusätzlich ist anzumerken, dass durch die Ausnehmung das Gewicht des Trägerkörpers auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Das reduzierte Gewicht verbessert beispielsweise die Antriebseigenschaften der die in Bewegung versetzenden Maschine, zum Beispiel einer Schleifmaschine, da die Anlaufenergien der Antriebe reduziert werden und somit durch den erfindungsgemäßen Trägerkörper nun weniger geeignete Maschinen verwendet werden können.
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In weiter erfindungsgemäßen Weise könnte die Dicke des Trägerkörpers im Bereich der Aufnahme, die vorzugsweise im Wesentlichen zentriert in dem Trägerkörper angeordnet ist, mindestens ein Drittel, bevorzugt die Hälfte, besonders bevorzugt im Wesentlichen der Höhe des Trägerkörpers abzüglich der Höhe eines aufgebrachten Schleifbelags entsprechen. Die Höhe des Trägerkörpers berechnet sich, wenn die Trägerscheibe als allgemein gerader Zylinder ausgestaltet ist, aus der Division des Volumens durch den Inhalt der Grundfläche.
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Der erfindungsgemäße Trägerkörper kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze oder ähnliches, da die Schwingungsfähigkeit nicht durch das Material selbst, sondern durch die geometrische Ausgestaltung des Trägerkörpers, nämlich durch die Gestaltung der Ausnehmungen, erfolgt. Somit kann sowohl eine deutliche Gewichtsreduktion auch als eine gezielte Schwingungsdämpfung auch bei metallgebundenen Trägerkörpern von Schälschliffscheiben verwendet werden, so dass die Schälschliffscheiben nunmehr nicht nur auf extrem stabilen sondern einer Vielzahl von Maschinen eingesetzt werden kann.
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Hinsichtlich einer besonders hohen Gewichtsreduktion könnte die Dicke im Bereich der Ausnehmung gleich null, beispielsweise ein Durchbruch, sein. Hierdurch ist zudem der Produktionsprozess vereinfacht, da keine exakte Bestimmung der Dicke im Bereich der Ausnehmungen erforderlich ist, um ein bestimmtes Schwingungsverhalten zu erreichen.
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Im Rahmen eines optimierten Schwingungsverhaltens könnte eine ungerade Anzahl von Ausnehmungen vorgesehen sein, da hierdurch die Wahrscheinlichkeit, eine Resonanz des in Bewegung gesetzten Trägerkörpers, zu erzeugen vermindert wird.
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Es ist von weiterem Vorteil, wenn die Ausnehmungen in der Grundfläche viereckartig sind und/oder die längeren Seiten über Radien mit den kürzeren Seiten verbunden sind. Im Hinblick auf einen einfachen Herstellungsprozess könnten die kürzeren Seiten in der Draufsicht kreissegmentförmig sein. Es ist jedoch auch möglich, dass lediglich eine der kürzeren Seiten kreissegmentförmig und die andere kürzere Seite gerade ist oder beide kürzeren Seiten gerade sind. Es wäre jedoch auch möglich, dass mindestens eine der kurzen Seiten und/oder mindestens eine der längeren Seiten derart kurz ist, dass sie lediglich aus dem Verbindungsradius besteht und somit unter einer erfindungsgemäßen viereckartigen Form in der Draufsicht auch eine dreieckartige Form fällt.
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Hinsichtlich eines wiederum besonders einfachen Herstellungsprozesses könnten die beiden längeren Seiten des Vierecks radial verlaufen und/oder gleich lang sein. Diese Art der Trägerscheibe wird als Speichensegmentscheibe bezeichnet, wenn zwei oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind, da das zwischen den Ausnehmungen verbleibende Material speichenartig ausgestaltet sein könnte. Eine derartige Ausführungsform wäre sehr stabil und würde trotzdem ein geringes Gewicht aufweisen. Der Trägerkörper könnte in diesem Fall vorzugsweise aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Bronze bestehen. Andere Materialien können jedoch ebenfalls genauso geeignet sein. Hinsichtlich einer besonders guten Schwingungsdämpfung könnte die Ausnehmung asymmetrisch zum Durchmesser des Trägerkörpers sein, da eine Schwingung des Trägerkörpers im Resonanzbereich erschwert wird. Im Hinblick auf einen einfacheren Entwurf, könnte die Ausnehmung auch alternativ symmetrisch zum Durchmesser des Trägerkörpers sein.
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Im Rahmen einer besonders starken Dämpfung und/oder besonders guten Gewichtsreduktion könnte die viereckartige Ausnehmung um einen außerhalb der Ausnehmung liegenden Mittelpunkt gezerrt sein, so dass die längeren Seiten der Ausnehmung in der Draufsicht kreissegmentförmig sind. Eine solche Ausgestaltung ist in 4 bis 6 gut zu erkennen. Eine ebenfalls hier geeignete Geometrie lässt sich auch dadurch erreichen, dass ein Scheibenfräser kreissegmentförmig durch das Material des Trägerkörpers geführt wird. Diese Art der Trägerscheibe könnte als eine Bogensegmentscheibe bezeichnet werden.
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Die Krümmung der längeren und/oder der kürzeren Seite könnte der Krümmung des Außenumfangs des Trägerkörpers im Wesentlichen entsprechen und/oder die Krümmung der kürzeren Seite könnte entgegen des Außenumfangs des Trägerkörpers gekrümmt sein. Ferner könnte die längere kurze Seite nahe des äußeren Umfangs des Trägerkörpers und/oder die kürzere kurze Seite nahe im Mittelpunkt des Trägerkörpers, bevorzugt nahe der Aufnahme für die Achse, angeordnet sein.
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Hinsichtlich einer wiederum besonders guten Schwingungsdämpfung könnten die Ausnehmungen bis zu einer halben Dicke des Trägerkörpers tief und von beiden Dickeseiten des Trägerkörpers eingebracht sein. Zusätzlich oder alternativ könnten die Ausnehmungen der einen Dickeseiten zu den Ausnehmungen der zweiten Dickeseite einen Winkel von 0 bis 90°, vorzugsweise von 30 bis 60°, bevorzugt 45°°, ganz besonders bevorzugt um die Hälfte der Winkelgradteilung der Ausnehmungen (2) der einen und/oder der anderen Dickeseite zueinander versetzt sein.
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Zur Verminderung, besten Falls zum Verhindern von Unwuchten des Trägerkörpers könnten im Trägerkörper mindestens eine, zwei, drei oder mehrere Wuchtbohrung vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug könnte seine Schleifwirkung im Wesentlichen parallel zur Grundfläche des Trägerkörpers entfalten, das heißt das auf dem Trägerkörper mindestens auf einer Dickenseite, im Falle einer Trägerscheibe in Form eines geraden allgemeinen Zylinders auf einer Grundseite, bereichsweise einen Schleifbelag aufweist, wobei der Schleifbelag durch Kleben oder Sintern oder ähnliche bekannte Verfahren aufgebracht sein könnte. Dieser Schleifbelag könnte dann im Wesentlichen plan auf der zu bearbeitenden Oberfläche geführt werden.
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Der Schleifbelag könnte aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Diamantnadeln wie zum Beispiel PKD-, MKD-, CVD-, CBN-Nadeln, metall-, kunststoff oder keramikgebundene Diamanten, metall- oder kunststoffgebundenes Bornitrid, insbesondere kubisches Bornitrid umfasst, welche mittels geeigneter Verfahren auf den Trägerkörper 1 aufgebracht werden. Aufgrund der Vielzahl der Wahlmöglichkeiten des Basismaterials des Trägerkörpers ist der Schleifbelag sowie das Verfahren zum Aufbringen des Schleifbelags besonders variable gestaltbar, da Beschränkungen beispielsweise in Temperatur durch den Trägerkörper leicht durch eine Wechsel des Basismaterials des Trägerkörpers vermieden werden kann, wobei eventuell erforderliche Schwingungsdämpfungen oder erforderliche Gewichte stufenlos eingestellt werden können.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die im Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Bearbeiten von Materialien anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Werkzeugs zum Bearbeiten von Materialien anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
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1 in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht eines erstes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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2 in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, wobei dieses eine Abwandlung des erstens Ausführungsbeispiels mit versetzten Ausnehmungen zeigt,
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3 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht, das zweite Ausführungsbeispiel der 2,
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4 in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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5 in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, wobei dieses eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels zeigt und
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6 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht, das vierte Ausführungsbeispiel der 5.
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Werkzeuge zum Bearbeiten von Materialien, nämlich eine Schleifscheiben, mit einem Trägerkörper 1 sind den 1 bis 6 gezeigt. Der Trägerkörper 1 weist eine Dicke D und eine Aufnahme A für eine – nicht gezeigte – Welle einer Werkzeugmaschine auf, welche den Trägerkörper 1 in eine Rotationsbewegung versetzt.
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In erfindungsgemäßer Weise ist der Trägerkörper 1 in seiner Dicke D partiell in mehrere Ausnehmungen 2 bildende Bereiche reduziert, wobei die Ausnehmungen 2 sich vom inneren Bereich 3, nämlich von der Aufnahme A, in Richtung der Außenkante 3' des Trägerkörpers 1 erstreckt.
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In den in den 1, 2, 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen ist im Bereich der Ausnehmungen 2 die Dicke D des Trägerkörpers 1 gleich null, so dass ein Durchbruch 4 entsteht. In allen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der Ausnehmungen 2 gerade, wobei die Ausnehmungen 2 der 1 bis 3 an einen Durchmesser d des Trägerkörpers 1 gespiegelt sind.
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Auf der Aussenkante des Trägerkörpers 1 kann im Bereich B ein Schleifbelag aufgebracht werden. Die Ausnehmungen 2 aller Ausführungsbeispiele sind in ihrer Grundfläche viereckartig und die längeren Seiten 2' sind mit den kürzeren Seiten 2'' über Radien verbunden.
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In dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel verlaufen die längeren Seiten 2' radial, sind gleich lang und sind mit den kürzeren Seiten 2'' über gleiche Radien verbunden, wobei die kürzeren Seiten 2'' sind in der Draufsicht im Wesentlichen gerade ausgestaltet sind. Ferner sind die Ausnehmungen 2 spiegelsymmetrisch zum Durchmesser d des Trägerkörpers 1.
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Das in 2 und 3 näher gezeigte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei hier die kürzeren Seiten 2'' kreissegmentförmig ausgestaltet sind und die Ausnehmungen 2 bis zu der halben Dicke D des Trägerkörper 1 tief und von beiden Dickeseiten in den Trägerkörper 1 eingebracht sind. Ferner sind die Ausnehmung 2 der einen der Dickenseite zu den Ausnehmungen 2 der anderen der Dickenseite in einem Winkel von 45° zueinander versetzt. Da der Trägerkörper 1 in seiner Grundform zylinderartig ist, sind die Dickeseiten in diesem Fall die Grundflächen des Zylinders.
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In dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel, die in 4 und 5 und 6 gezeigt sind, ist die viereckartige Ausnehmung 2 um einen außerhalb der Ausnehmung 2 liegenden Mittelpunkt gezerrt, so dass die längeren Seiten 2' in der Draufsicht kreissegmentförmig und zudem den gleichen Radius aufweisen. Die längeren Seiten 2' könnten jedoch auch unterschiedliche Radien aufweisen. Die kürzeren Seiten 2'' sind über gleiche Radien mit den längeren Seiten 2' verbunden. Auch hier könnten die kürzeren Seiten 2'' jedoch über unterschiedliche Radien mit den längeren Seiten 2' verbunden sein.
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Das in den 5 und 6 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 4 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel, wobei im dritten Ausführungsbeispiel die am Außenumfang des Trägerkörpers 1 angeordnete kürze Seite 2'' gerade und im vierten Ausführungsbeispiel kreissegmentförmig sind.
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Hinsichtlich weiterer Details wird zur Vermeidung von Wiederholung auf die allgemeine Beschreibung verwiesen. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die in den voran stehenden Ausführungsbeispielen, in der allgemeinen Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale in jedweder Weise kombiniert werden können. Ferner sind Merkmale, die im Singular und im Plural beschrieben sind, in ihren Kombinationen mit anderen Merkmalen jeweils als in Einzahl und Mehrzahl beschrieben zu sehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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