DE102015122233A1 - Massereduzierter Schleif-Grundkörper - Google Patents

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DE102015122233A1
DE102015122233A1 DE102015122233.7A DE102015122233A DE102015122233A1 DE 102015122233 A1 DE102015122233 A1 DE 102015122233A1 DE 102015122233 A DE102015122233 A DE 102015122233A DE 102015122233 A1 DE102015122233 A1 DE 102015122233A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem einen Schleif-Grundkörper (1, 1') mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper (2, 2') zur Aufnahme eines Schleifmittels, mit einem Innenkörper (4, 4') zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers (1, 1') an einen Antrieb, und mit einer Verbindungsstruktur (6, 6') zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper (2, 2') und dem Innenkörper (4, 4'), wobei der Außenkörper (2, 2'), der Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') zumindest abschnittsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß unterschiedlicher Aspekte einen Schleif-Grundkörper, eine Verwendung eines Schleif-Grundkörpers und ein Verfahren zur Herstellung eines Schleif-Grundkörpers.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Schleif-Grundkörper bekannt. Schleif-Grundkörper können zur Bearbeitung unterschiedlicher Objekte eingesetzt werden. Hierzu wird auf die Schleif-Grundkörper ein Schleifmittel aufgebracht. Nach Abnutzung des Schleifmittels kann dieses ausgetauscht werden und der Schleif-Grundkörper erneut eingesetzt werden. Allerdings weisen die Schleif-Grundkörper aus dem Stand der Technik ein vergleichsweise hohes Gewicht auf. Zum einen resultiert hieraus ein hoher Preis der Schleif-Grundkörper. Zum anderen wird durch das hohe Gewicht die Handhabung der Schleif-Grundkörper aufwendiger.
  • Um dem entgegenzuwirken, ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, für den Schleif-Grundkörper einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) einzusetzen. So beschreibt beispielsweise die Japanische Veröffentlichung JP11028668 A ein Schleifrad, welches einen Kern aus mehreren geschichteten plattenförmigen Lagen aus einem Faser-Kunststoff-Verbund besitzt. Auf den Kern wird ein Schleifrad-Abschnitt geklebt. Der Kern besitzt zudem Flanschabschnitte an seinen Seitenflächen, über die der Kern an einer Welle befestigt werden kann. Im Ergebnis soll hierdurch ein geringes Gewicht erreicht werden, sodass eine hohe Geschwindigkeit beim Schleifen erreicht werden kann.
  • Problematisch ist allerdings weiterhin, dass auch derartige Schleifräder weiterhin ein vergleichsweise hohes Gewicht besitzen, was weiterhin eine kostenintensive Herstellung und eine komplizierte Handhabung zur Folge hat.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich der Erfindung daher die Aufgabe, einen Schleif-Grundkörper, eine Verwendung eines Schleif-Grundkörpers und ein Verfahren zur Herstellung eines Schleif-Grundkörpers anzugeben, wobei eine kostengünstige Herstellung bei geringem Gewicht erreicht werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen Schleif-Grundkörper mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper zur Aufnahme eines Schleifmittels, mit einem Innenkörper zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers an einen Antrieb, und mit einer Verbindungsstruktur zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper und dem Innenkörper, gelöst, wobei der Außenkörper, der Innenkörper und/oder die Verbindungsstruktur zumindest abschnittsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet sind.
  • Es wurde erkannt, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Schleif-Grundkörpers aus Außenkörper, Innenkörper und Verbindungsstruktur in Kombination mit der Verwendung von Faser-Kunststoff-Verbund-Werkstoffen ein massenreduzierter Schleif-Grundkörper bereitgestellt werden kann. Dies wird darauf zurückgeführt, dass durch die erfindungsgemäße Struktur in Kombination mit der erfindungsgemäßen Werkstoffwahl eine äußerst kraftflussgerechte, steifigkeitsoptimierte und festigkeitsoptimierte Struktur erreicht werden kann, die als Träger für das Schleifmittel dienen kann. Somit können die Rotationsmasse und damit auch die auftretenden Fliehkräfte bei dem Bearbeitungsprozess des Schleifens verringert werden. Zudem können höhere Beschleunigungen des Schleif-Grundkörpers und verbesserte Auswuchtungsmöglichkeiten erreicht werden.
  • Durch den im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper kann vorteilhaft das Schleifmittel aufgenommen werden. Das Schleifmittel kann beispielsweise auf der Außenseite des Außenkörpers (lösbar) befestigt, insbesondere auf diese geklebt werden. Durch den im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper kann somit eine ausreichende Kontaktfläche für das Schleifmittel und somit eine ausreichend große Schleiffläche bereitgestellt werden.
  • Durch den Innenkörper kann eine Anbindung, insbesondere über seine Innenseite, an einen Antrieb erreicht werden. Die Anbindung kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen. Beispielsweise dient der Innenkörper der Anbindung an eine Antriebswelle. Der Innenkörper ist dabei vorzugsweise zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig innerhalb des Außenkörpers angeordnet.
  • Dabei kann innerhalb des Außenkörpers Material eingespart werden, indem kein massiver Schleif-Grundkörper, sondern eine Verbindungsstruktur vorgesehen ist. Die Verbindungsstruktur dient der mechanischen Kraftübertragung, insbesondere der Momentübertragung vom Innenkörper auf den Außenkörper. Die Verbindungsstruktur kann dabei unterschiedlich ausgestaltet sein, sofern sie eine mechanische Kraftübertragung ermöglicht. Die Verbindungsstruktur erstreckt sich bevorzugt von der Innenseite des Außenkörpers zur Außenseite des Innenkörpers. Bevorzugt verläuft die Verbindungsstruktur im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite des Außenkörpers und im Wesentlichen senkrecht zur Außenseite des Innenkörpers.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn sowohl der Außenkörper, als auch der Innenkörper und die Verbindungsstruktur aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehen. Beispielsweise bestehen der Außenkörper, der Innenkörper und die Verbindungsstruktur aus dem gleichen Faser-Kunststoff-Verbund. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass für den Außenkörper, den Innenkörper und die Verbindungsstruktur unterschiedliche Faser-Kunststoff-Verbund-Werkstoffe (etwa eine andere Faser oder eine andere Kunststoffmatrix) zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt ist der Innenkörper ein im Wesentlichen zylinderförmiger Innenkörper. Durch einen im Wesentlichen zylinderförmigen Innenkörper kann über die Innenseite des Innenkörpers eine vorteilhafte Fläche zur Anbindung an einen Antrieb bereitgestellt werden. Der im Wesentlichen zylinderförmige Innenkörper und der im Wesentlichen zylinderförmige Außenkörper sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet.
  • Die Innenseite des Innenkörpers ist entlang seiner Zylinderachse gesehen vorzugsweise konisch zulaufend ausgebildet. Hierdurch kann eine sichere Verbindung beispielsweise mit einer Antriebswelle hergestellt werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt sind die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers, des Innenkörpers und/oder der Verbindungsstruktur als Gelege, Gewebe, Geflecht, Flächengebilde und/oder Wickelstruktur ausgebildet. Vorzugsweise sind die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds sowohl des Außenkörpers, als auch des Innenkörpers und der Verbindungsstruktur wie beschrieben ausgebildet. Durch die beschriebenen Ausbildungen des Faser-Kunststoff-Verbunds und der daraus resultierenden Faserorientierung können vorteilhaft die auftretenden Rotationskräfte, die wirkenden Momente und die Steifigkeitsanforderungen an den Schleif-Grundkörper berücksichtigt werden. Im Ergebnis kann eine weitere Massenreduktion des Schleif-Grundkörpers bei hoher Steifigkeit erreicht werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt sind die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers und/oder des Innenkörpers zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des jeweiligen Körpers orientiert. Dies kann die Biege- und Torsionsfestigkeit des Schleif-Grundkörpers vorteilhaft erhöhen. Es wurde insbesondere herausgefunden, dass in diesem Zusammenhang ein Faser-Kunststoff-Verbund mit geflochtenen oder gewickelten Fasern vorteilhaft ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt sind die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers, des Innenkörpers und/oder der Verbindungsstruktur zumindest teilweise entlang der Oberfläche des jeweiligen Körpers orientiert. Durch eine derartige Faserorientierung kann eine weiterhin vorteilhafte Stabilität und Festigkeit des Schleif-Grundkörpers erreicht werden, sodass die Masse des Schleif-Grundkörpers weiterhin reduziert werden kann.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt ist der Faser-Kunststoff-Verbund des Außenkörpers, des Innenkörpers und/oder der Verbindungsstruktur ein- oder mehrlagig aufgebaut. Insbesondere durch einen mehrlagigen Aufbau des jeweiligen Faser-Verbund-Kunststoffs kann ein beanspruchungsgemäßer Lagenaufbau des Schleif-Grundkörpers erreicht werden, da dadurch die Rotationskräfte, die wirkenden Momente und die Steifigkeitsanforderungen berücksichtigt werden können und im Ergebnis ein Schlei-Grundkörper mit geringer Masse bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt ist die Verbindungsstruktur als flächiges, insbesondere scheibenförmiges Verbindungselement ausgebildet. Ein flächiges, scheibenförmiges Verbindungselement kann beispielsweise als flächige zwischen dem Außenkörper und dem Innenkörper angeordnete Scheibe ausgebildet sein, welche vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse des Außenkörpers und des Innenkörpers verläuft.
  • Der Schleif-Grundkörper kann insbesondere bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft eine Abdeckung aufweisen. Die Abdeckung ist vorzugsweise an einem Ende des Schleif-Grundkörpers vorgesehen, sodass jedenfalls einseitig der Raum zwischen dem Außenkörper und dem Innenkörper abgedeckt wird. Dadurch kann ein übermäßiges Ansammeln von Schleifstaub zwischen Außenkörper und Innenkörper und Verbindungsstruktur verhindert werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt weist die Verbindungsstruktur einen quasiisotropen Lagenaufbau auf. Hierdurch können gleichmäßige Eigenschaften der Verbindungsstruktur, insbesondere bezüglich der Stabilität und Elastizität erreicht werden. Insbesondere bei einer scheibenförmigen Verbindungsstruktur kann erreicht werden, dass sich diese wie ein metallischer Werkstoff verhält. Im Ergebnis kann daher eine Massenreduktion bei verlässlichen mechanischen Eigenschaften erreicht werden.
  • Unter einem quasiisotropen Lagenaufbau wird verstanden, dass insbesondere die elastischen Eigenschaften invariant bezüglich der Drehung um die Normale sind. Senkrecht zur Lagenebene können jedoch unterschiedliche Eigenschaften vorliegen. Der quasiisotrope Lagenaufbau kann grundsätzlich durch eine unterschiedliche Anzahl von (beispielsweise unidirektionalen) Lagen aufgebaut sein. Bevorzugt umfasst der quasiisotrope Lagenaufbau allerdings mindestens drei Lagen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Verbindungsstruktur mehrere speichenartig angeordnete Elemente. Vorzugsweise besteht die Verbindungsstruktur aus den speichenartig angoerdneten Elementen. Die speichenartig angeordneten Elemente können beispielsweise als Streben ausgebildet sein. Beispielsweise verlaufen die speichförmigen Elemente in radialer Richtung zwischen Innenkörper und Außenkörper. Vorteilhaft an einer derartigen Gestaltung ist insbesondere, dass einer Ansammlung von Schleifstaub von vorneherein entgegengewirkt wird, da dieser zwischen den speichenartig angeordneten Elementen entweichen kann.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt weisen die speichenartig angeordneten Elemente jeweils einen Kern aus Schaummaterial auf. Hierdurch kann eine zusätzliche Gewichtsreduktion im Bereich der Verbindungsstruktur erreicht werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt sind der Außenkörper, der Innenkörper und/oder die Verbindungsstruktur aus Preforms aufgebaut. Beispielsweise werden Kohlenstofffaser-Preformen verwendet. Unter Preforms werden insbesondere Vorformen aus Fasern verstanden, welche zum Ausbilden der entsprechenden Bereiche des Schleif-Grundkörpers verwendet werden. Beispielsweise werden für den Außenkörper, den Innenkörper und die Verbindungsstruktur unterschiedliche separate Preforms verwendet.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt ist die Verbindungsstruktur stoffschlüssig und/oder formschlüssig an den Außenkörper und/oder Innenkörper angebunden. Vorzugsweise ist die Verbindungsstruktur sowohl an den Innenkörper als auch an den Außenkörper stoffschlüssig und/oder formschlüssig angebunden. Beispielsweise werden die Verbindungsstruktur, der Außenkörper und der Innenkörper aus separaten Preforms hergestellt und durch Infiltrieren mit Kunststoff miteinander verbunden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt umfassen die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers, des Innenkörpers und/oder der Verbindungsstruktur anorganische und/oder organische Verstärkungsfasern, insbesondere zumindest eins von Kohlenstofffasern Glasfasern, Basaltfasern und Aramidfasern. Mit anorganischen Fasern, wie etwa Glasfasern oder Basaltfasern, können vorteilhaft eine hohe Temperaturfestigkeit und geringe Kosten erreicht werden. Mit organischen Fasern, wie etwa Aramidfasern oder Kohlenstofffasern, kann insbesondere ein hoher Orientierungsgrad der Fasern erreicht werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers, des Innenkörpers und/oder der Verbindungsstruktur einen Duroplasten oder einen Thermoplasten. Bei Duroplasten sind die vergleichsweise hohe thermomechanische Festigkeit und das geringe spezifische Gewicht vorteilhaft, während bei Thermoplasten beispielsweise eine Schweißbarkeit gegeben ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Schleif-Grundkörper eine zumindest abschnittsweise innerhalb des Innenkörpers angeordnete metallische Buchse. Durch die metallische Buchse kann vorteilhaft ein Schleif-Grundkörper mit einem metallischen Nabenelement bereitgestellt werden. Die metallische Buchse ist beispielsweise im Wesentlichen zylinderförmig. Beispielsweise ist die metallische Buchse in axialer Richtung gesehen konisch zulaufend ausgebildet. Die metallische Buchse kann mittels eines Klemmsitzes, welcher beispielsweise durch Aufschrumpfen des Innenkörpers auf die metallische Buchse erreicht werden kann, mit dem Innenkörper verbunden sein. Im Ergebnis kann durch die innerhalb des Innenkörpers angeordnete metallische Buchse ein Schleif-Grundkörper in Hybridbauweise bereitgestellt werden, welcher trotz geringem Gewicht eine stabile Anbindung an den Antrieb ermöglicht.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt weist der Außenkörper eine im Vergleich zum Innenkörper größere axiale Ausdehnung auf. Unter einer axialen Ausdehnung wird bei im Wesentlichen zylinderförmigem Außenkörper bzw. Innenkörper insbesondere die Erstreckung in Richtung der jeweiligen Zylinderachse verstanden. Hierdurch ergibt sich eine asymmetrische Ausbildung des Grundschleifkörpers, welche einen im Vergleich zum Außenkörper verkürzten Innenkörper erlaubt, ohne die Schleiffläche zu verringern. Somit kann eine weitere Massenreduktion erreicht werden, was eine Reduzierung der Rotationsmasse und der Fliehkräfte bei der Bearbeitung und eine höhere Beschleunigung ermöglicht. Zudem kann die Antriebswelle oder Werkzeugspindel verkürzt werden, was die Hebel und die wirkenden Momente verringert.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Schleif-Grundkörper weiterhin ein auf den Außenkörper aufgebrachtes Schleifmittel. Das Schleifmittel ist beispielsweise als Schleifbelag oder als Schleifelemente ausgebildet. Beispielsweise ist das Schleifmittel ringförmig auf die Außenseite des Außenkörpers aufgebracht, insbesondere mittels einer Klebeschicht aufgeklebt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Verwendung eines Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt zur abrasiven Bearbeitung von metallischen Teilen, insbesondere Nockenwellen gelöst. Bei der abrasiven Bearbeitung, insbesondere dem Schleifen von metallischen Teilen, wie etwa Nockenwellen, werden große Durchmesser und hohe Geschwindigkeiten der Schleif-Grundkörper benötigt. Die Schleif-Grundkörper gemäß dem ersten Aspekt eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften, insbesondere ihrer geringen Masse, besonders für diesen Einsatzzweck.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schleif-Grundkörpers, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt, gelöst, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörpers zur Aufnahme eines Schleifmittels, Ausbilden eines Innenkörpers zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers an einen Antrieb und Ausbilden einer Verbindungsstruktur zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper und dem Innenkörper, wobei der Außenkörper, der Innenkörper und/oder die Verbindungsstruktur zumindest bereichsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet werden.
  • Wie bereits in Bezug auf den ersten Aspekt ausgeführt, kann durch die erfindungsgemäße Herstellung ein vorteilhafter Aufbau und im Ergebnis ein massereduzierter Schleif-Grundkörper bereitgestellt werden, da durch die erfindungsgemäße Struktur in Kombination mit der erfindungsgemäßen Materialwahl ein äußerst kraftflussgerechter, steifigkeitsoptimierter und festigkeitsoptimierter Schleif-Grundkörper erreicht werden kann. Wie bereits ausgeführt wird der Innenkörper vorzugsweise als im Wesentlichen zylinderförmiger Innenkörper ausgebildet. Der Außenkörper, der Innenkörper und die Verbindungsstruktur können zeitlich nacheinander oder auch zeitgleich ausgebildet werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt werden der Außenkörper, der Innenkörper und/oder die Verbindungsstruktur dadurch gebildet, dass zunächst Fasern auf ein Formwerkzeug gebracht werden und anschließend die Fasern mit Kunststoff infiltriert werden. Durch die Verwendung eines Formwerkzeugs können der Aufbau und die Geometrie des Schleif-Grundkörpers präzise bestimmt werden, da die Fasern zunächst als Preforms in die gewünschten Position und Ausrichtung gebracht werden können. Anschließend können die Fasern durch die Kunststoffinfiltration und Konsolidieren fixiert werden. Die Kunststoffinfiltration kann dabei überdruckunterstützt oder unterdruckunterstützt erfolgen. Hierdurch können insbesondere einzelne Preforms stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die Fasern bereits vorinfiltriert auf die Formwerkzeuge aufgebracht werden, beispielsweise als Prepreg. Dabei sind die Fasern beispielsweise mit einem Reaktionsharz vorimprägniert. Die Fasern können dann insbesondere unter Einwirkung von Druck und Temperatur ausgehärtet werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt wird der Schleif-Grundkörper nach dem Infiltrieren durch Entfernen des Formwerkzeugs entformt. Durch das Infiltrieren wurde insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Außenkörper, der Verbindungsstruktur und dem Innenkörper erzielt. Nach dem Infiltrieren kann daher das Formwerkzeug, welches dem Faser-Kunststoff-Verbund und damit dem Schleif-Grundkörper seine Form gibt, entfernt werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt umfasst das Formwerkzeug separate Formwerkzeugabschnitte für den Außenkörper, den Innenkörper und/oder die Verbindungsstruktur. Dies ermöglicht einen einfachen Herstellungsprozess. Die Formwerkzeugabschnitte sind insbesondere separate Teile, welche aneinander montierbar oder miteinander verbindbar sind. Beispielsweise ist ein Formwerkzeugabschnitt für den Innenkörper, eine Formwerkzeugabschnitt für die Verbindungsstruktur und eine Formwerkzeugabschnitt für den Außenkörper vorgesehen. Auf diese Weise können die Fasern, beispielsweise als Preforms zunächst auf die entsprechenden Formwerkzeugabschnitte aufgebracht, beispielsweise um diese herumgewickelt werden. Anschließend können die Formwerkzeugabschnitte montiert werden. Schließlich können die Fasern infiltriert werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt wird eine metallische Buchse zumindest abschnittsweise innerhalb des Innenkörpers angeordnet und fixiert. Hierdurch kann eine Hybridbauweise erreicht werden, welche eine hohe Stabilität des Schleif-Grundkörpers im Bereich der Anbindung an den Antrieb ermöglicht. Beispielsweise kann der Innenkörper auf die metallische Buchse aufgeschrumpft werden, indem die geometrische Gestaltung bzw. die unterschiedlichen thermischen Dehnungsverhalten der metallischen Buchse und des Innenkörpers ausgenutzt werden. Somit kann ein Klemmsitz der metallischen Buchse erzielt werden.
  • Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des zweiten und des dritten Aspekts wird insbesondere auf die Beschreibung des ersten Aspekts und die dort beschriebenen Vorteile verwiesen. Auch sollen durch die vorherige oder folgende Beschreibung von Ausgestaltungen der unterschiedlichen Aspekte insbesondere auch vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Aspekte offenbart sein.
  • Weitere beispielhafte Ausgestaltungen der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung sind der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen.
  • Die der Anmeldung beiliegenden Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches der Erfindung dienen. Die beiliegenden Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung beispielhaft widerspiegeln.
  • Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil der vorliegenden Erfindung erachtet werden.
  • Die Zeichnung zeigt in
  • 1a, b ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt in einer Teilaufsicht und in einem Teillängsschnitt;
  • 2a, b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schleif-Grundkörpers gemäß dem ersten Aspekt in einer Teilaufsicht und in einem Teillängsschnitt;
  • 3 eine schematische Darstellung eines vorteilhaften Faserverlaufs; und
  • 4a–d eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens gemäß dem dritten Aspekt.
  • 1 zeigt zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schleif-Grundkörpers 1 gemäß dem ersten Aspekt in Teilaufsicht (1a) und im Teillängsschnitt (1b).
  • Der Schleif-Grundkörper 1 umfasst einen im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper 2 zur Aufnahme eines Schleifmittels (nicht dargestellt). Das Schleifmittel kann beispielsweise flächig auf die Außenseite des Außenkörpers 2 aufgebracht werden. Zudem umfasst der Schleif-Grundkörper 1 einen im Wesentlichen zylindrischen Innenkörper 4 zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers 1 an einen Antrieb (nicht dargestellt) und eine Verbindungsstruktur 6 zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper 2 und dem Innenkörper 4. Der Außenkörper 2, der Innenkörper 4 und die Verbindungsstruktur 6 sind alle aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet, wobei die Fasern jeweils organische Verstärkungsfasern, in diesem Fall Kohlenstofffasern sind. Alternativ oder zusätzlich können aber auch andere Fasern, wie etwa Glasfasern, Basaltfasern oder Aramidfasern zum Einsatz kommen. Der Kunststoff oder das Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbunds kann ein Duroplast oder ein Thermoplast sein.
  • Die Verbindungsstruktur 6 ist hier aus mehreren radial nach außen verlaufenden speichenartig angeordneten Streben gebildet, von denen hier nur zwei Streben 6a, 6b dargestellt sind. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der Aussparungen eine Ablagerung von Schleifstaub auf der Verbindungsstruktur 6 vermindert werden kann. Die Streben 6a, 6b etc. können einen Kern aus Schaummaterial aufweisen, um eine besonders leichte Variante des Schleif-Grundkörpers 1 zu ermöglichen.
  • Die Verbindungsstruktur 6 ist hier insbesondere stoffschlüssig sowohl an den Außenkörper 2 als auch an den Innenkörper 4 angebunden. Dies kann insbesondere mittels einer Kunststoffinfiltration erreicht werden.
  • Der Außenkörper 2 und der Innenkörper 4 sind konzentrisch angeordnet und haben die gemeinsame Zylinderachse 8. Der Außenkörper 2 und der Innenkörper 4 erstrecken sich ausgehend von der Verbindungsstruktur 6 jeweils in beide Richtungen im Wesentlichen parallel zu der Achse 8. Es ist zu erkennen, dass der Außenkörper 2 im Vergleich zum Innenkörper 4 einseitig eine größere axiale Ausdehnung aufweist bzw. dass der Innenkörper 4 einseitig eine entsprechend geringere axiale Ausdehnung aufweist. Durch diese asymmetrische Ausbildung wird insbesondere eine weitere Massereduktion erreicht, die eine Reduzierung der Rotationsmasse und der Fliehkräfte bei der Bearbeitung und damit eine höhere Beschleunigung ermöglicht.
  • Die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers 2, des Innenkörpers 4 und der Verbindungsstruktur 6 sind bevorzugt als Gelege, Gewebe, Geflecht, Flächengebilde und/oder Wickelstruktur ausgebildet. Dabei ist der Faser-Kunststoff-Verbund des Außenkörpers 2, des Innenkörpers 4 und der Verbindungsstruktur 6 bevorzugt mehrlagig aufgebaut. Die Fasern des Außenkörpers 2, des Innenkörpers 4 und der Verbindungsstruktur 4 sind dabei aus Preforms aufgebaut.
  • Innerhalb des Innenkörpers 4 ist zudem eine metallische Buchse 10 als Nabenelement angeordnet, mit der eine Welle-Nabe-Verbindung hergestellt werden kann. Der Innenkörper 4 wurde auf die metallische Buchse 10 aufgeschrumpft, sodass die metallische Buchse 10 mittels Klemmsitz in dem Innenkörper 4 fixiert ist. Dabei ist der Innenkörper 4 und/oder die metallische Buchse 10 entlang der Zylinderachse 8 gesehen konisch zulaufend ausgebildet.
  • 2 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schleif-Grundkörpers 1' gemäß dem ersten Aspekt in Aufsicht (2a) und im Längsschnitt (2b). Das zweite Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Insofern wird zunächst auf die Ausführungen zu 1 verwiesen und es werden die gleichen Bezugszeichen (in gestrichener Schreibweise) verwendet. Im Folgenden soll auf die Unterschiede eingegangen werden.
  • In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist insbesondere die Verbindungsstruktur 6' des Schleif-Grundkörpers 1' anders ausgeführt. Die Verbindungsstruktur 6' ist in diesem Fall als flächiges, scheibenförmiges Verbindungselement 6' ausgebildet. Die scheibenförmige Verbindungsstruktur 6' weist in diesem Fall einen quasiisotropen Lagenaufbau auf, wodurch sich die Verbindungsstruktur 6' in der Ebene ähnlich einem metallischen Werkstoff verhält.
  • Der Schleif-Grundkörper 1' weist zudem eine Abdeckung 12' auf. Die Abdeckung 12' ist an einem Ende des Schleif-Grundkörpers 1' vorgesehen, sodass der Raum zwischen dem Außenkörper 2' und dem Innenkörper 4' abgedeckt wird. Dadurch kann ein übermäßiges Ansammeln von Schleifstaub zwischen dem Außenkörper 2', dem Innenkörper 1' und der scheibenförmigen Verbindungsstruktur 6' verhindert werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines vorteilhaften Faserverlaufs eines Schleif-Grundkörpers. Der Schleif-Grundkörper kann beispielsweise der Schleif-Grundkörper 1 aus 1 oder der Schleif-Grundkörper 1' aus 2 sein.
  • Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, sind die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers 2, 2' und des Innenkörpers 4, 4' dabei zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des jeweiligen Körpers orientiert. Die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers 2, 2', des Innenkörpers 4, 4' und der Verbindungsstruktur 6, 6' sind zumindest teilweise entlang der jeweiligen Oberfläche orientiert.
  • Die 4a–d zeigen nun eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens gemäß dem dritten Aspekt. In diesem Fall wird der in 2 gezeigte Schleif-Grundkörper 1' hergestellt. Allerdings ist das dargestellte Herstellungsverfahren auch auf die Herstellung anders ausgebildeter Schleif-Grundkörper wie etwa Schleif-Grundkörper 1 übertragbar.
  • Zunächst werden Fasern 30 als scheibenförmige Preform zur Bildung der späteren Verbindungsstruktur 6, 6' auf einen Formwerkzeugabschnitt 20 aufgebracht (4a).
  • Anschließend werden Fasern 32 als Preform zur Bildung des späteren Innenkörpers 4, 4' auf einen zylinderförmigen Formwerkzeugabschnitt 22 aufgebracht (4b). Die Formwerkzeugabschnitte 20 und 22 können dann miteinander verbunden werden.
  • Nun werden die Werkzeugabschnitte 20, 22 mit einem weiteren zylinderförmigen Formwerkzeugabschnitt 24 verbunden. Auf den Formwerkzeugabschnitt bestehend aus den montierten Werkzeugen 20 und 24 werden mit einem Flechtprozess die Fasern 34 zur Bildung des späteren Außenkörpers 2, 2' aufgebracht (4c).
  • Anschließend wird ein umschließendes Außenwerkzeug (nicht dargestellt) montiert, welches die formnegative im Wesentlichen zylindrische Kontur des zu fertigenden Außenkörpers 2, 2' abbildet. Das Außenwerkzeug und die nun innenliegenden Werkzeuge 20, 22, 24 bilden die Werkzeugkavität für die Fasern 30, 32, 34. Dabei kann die zylindrische Kontur auch Durchmesseränderungen enthalten, um somit abgesetzte bzw. gestufte Schleifbeläge applizieren zu können, ohne dass die abgesetzte Außenkontur des konsolidierten Faserverbundkörpers spanend (Fräsen/Drehen) hergestellt werden muss.
  • Schließlich werden die Fasern 30, 32, 34 mit Kunststoff infiltriert, sodass der Außenkörper 2, 2', der Innenkörper 4, 4' und die Verbindungsstruktur 6, 6' aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet werden. Nach dem Infiltrieren und Konsolidieren kann der Schleif-Grundkörper 1' durch Entfernen der einzelnen Formwerkzeugabschnitte 20, 22, 24 entformt werden (4d).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 11028668 A [0003]

Claims (23)

  1. Schleif-Grundkörper – mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörper (2, 2') zur Aufnahme eines Schleifmittels, – mit einem Innenkörper (4, 4') zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers (1, 1') an einen Antrieb, und – mit einer Verbindungsstruktur (6, 6') zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper (2, 2') und dem Innenkörper (4, 4'), wobei der Außenkörper (2, 2'), der Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') zumindest abschnittsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet sind.
  2. Schleif-Grundkörper nach Anspruch 1, wobei der Innenkörper (4, 4') ein im Wesentlichen zylinderförmiger Innenkörper (4, 4') ist.
  3. Schleif-Grundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern (30, 32, 34) des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers (2, 2'), des Innenkörpers (4, 4') und/oder der Verbindungsstruktur (6, 6') als Gelege, Gewebe, Geflecht, Flächengebilde und/oder Wickelstruktur ausgebildet sind.
  4. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern (30, 32, 34) des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers (2, 2') und/oder des Innenkörpers (4, 4') zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des jeweiligen Körpers orientiert sind.
  5. Schleif-Grundkörper nach einem Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fasern des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers (2, 2'), des Innenkörpers (4, 4') und/oder der Verbindungsstruktur (6, 6') zumindest teilweise entlang der Oberfläche des jeweiligen Körpers orientiert sind.
  6. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Faser-Kunststoff-Verbund des Außenkörpers (2, 2'), des Innenkörpers (4, 4') und/oder der Verbindungsstruktur (6, 6') ein- oder mehrlagig aufgebaut ist.
  7. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungsstruktur (6, 6') als flächiges, insbesondere scheibenförmiges Verbindungselement (6') ausgebildet ist.
  8. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verbindungsstruktur (6, 6') einen quasiisotropen Lagenaufbau aufweist.
  9. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbindungsstruktur (6, 6') mehrere speichenartig angeordnete Elemente (6a, 6b) umfasst.
  10. Schleif-Grundkörper nach Anspruch 9, wobei die speichenartig angeordneten Elemente (6a, 6b) jeweils einen Kern aus Schaummaterial aufweisen.
  11. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Außenkörper (2, 2'), der Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') aus Preforms aufgebaut sind.
  12. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Verbindungsstruktur (6, 6') stoffschlüssig und/oder formschlüssig an den Außenkörper (2, 2') und/oder Innenkörper (4, 4') angebunden ist.
  13. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Fasern (30, 32, 34) des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers (2, 2'), des Innenkörpers (4, 4') und/oder der Verbindungsstruktur (6, 6') anorganische und/oder organische Verstärkungsfasern (30, 32, 34), insbesondere zumindest eins von – Kohlenstofffasern, – Glasfasern, – Basaltfasern, und – Aramidfasern, umfassen.
  14. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Matrixmaterial des Faser-Kunststoff-Verbunds des Außenkörpers (2, 2'), des Innenkörpers (4, 4') und/oder der Verbindungsstruktur (6, 6') einen Duroplasten oder einen Thermoplasten umfasst.
  15. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schleif-Grundkörper (1, 1') eine zumindest abschnittsweise innerhalb des Innenkörpers (4, 4') angeordnete metallische Buchse (10, 10') umfasst.
  16. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Außenkörper (2, 2') eine im Vergleich zum Innenkörper (4, 4') größere axiale Ausdehnung aufweist.
  17. Schleif-Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schleif-Grundkörper (1, 1') weiterhin ein auf den Außenkörper (2, 2') aufgebrachtes Schleifmittel umfasst.
  18. Verwendung eines Schleif-Grundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur abrasiven Bearbeitung von metallischen Teilen, insbesondere Nockenwellen.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Schleif-Grundkörpers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, das Verfahren umfassend: – Ausbilden eines im Wesentlichen zylinderförmigen Außenkörpers (2, 2') zur Aufnahme eines Schleifmittels, – Ausbilden eines Innenkörpers (4, 4') zur Anbindung des Schleif-Grundkörpers (1, 1') an einen Antrieb und – Ausbilden einer Verbindungsstruktur (6, 6') zur mechanischen Kraftübertragung zwischen dem Außenkörper (2, 2') und dem Innenkörper 4, 4'), – wobei der Außenkörper (2, 2'), der Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') zumindest bereichsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Außenkörper (2, 2'), der Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') dadurch gebildet werden, dass zunächst Fasern (30, 32, 34) auf ein Formwerkzeug (20, 22, 24) gebracht werden und anschließend die Fasern (30, 32, 34) mit Kunststoff infiltriert werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Schleif-Grundkörper (1, 1') nach dem Infiltrieren durch Entfernen des Formwerkzeugs (20, 22, 24) entformt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das Formwerkzeug (20, 22, 24) separate Formwerkzeugabschnitte (20, 22, 24) für den Außenkörper (2, 2'), den Innenkörper (4, 4') und/oder die Verbindungsstruktur (6, 6') umfasst.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei eine metallische Buchse (10, 10') zumindest abschnittsweise innerhalb des Innenkörpers (4, 4') angeordnet und fixiert wird.
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