DE102017116851B4 - Schleifwerkzeug und Verwendung eines solchen Schleifwerkzeuges - Google Patents

Abstract

Schleifwerkzeug zur Behandlung von menschlichen Körperstellen, umfassend einen Schleifmittelträger (1), der einen Schaft (2) zum Verbinden des Schleifmittelträgers (1) mit einer Antriebsvorrichtung zum drehenden Antreiben des Schleifmittelträgers (1) um eine Längsachse (X) und einen Kern (3), der mit einem axialen Ende (4) des Schafts (2) verbunden ist, aufweist, undein Schleifmittel (15) mit einer in Umfangsrichtung um die Längsachse (X) geschlossenen Oberfläche (16), die einen sich entlang der Längsachse (X) erstreckenden Hohlraum (17) umschließt,wobei der Kern (3) zumindest abschnittsweise in dem Hohlraum (17) aufgenommen ist,wobei der Kern (3) aus einem Materialgemisch besteht, das einen Kunststoff mit einem wärmeleitenden Füllstoff aufweist, wobei der Kunststoff geschäumt ausgebildet ist, und wobei der Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin hat.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug mit einem Schleifmittelträger, der einen Schaft zum Verbinden des Schleifmittelträgers mit einer Antriebsvorrichtung zum drehenden Antreiben des Schleifmittelträgers um eine Längsachse und einen Kern, der mit einem axialen Ende des Schafts verbunden ist, aufweist. Weiterhin weist das Schleifwerkzeug ein Schleifmittel auf, das eine in Umfangsrichtung um die Längsachse geschlossene Oberfläche aufweist, die einen sich entlang der Längsachse erstreckenden Hohlraum umschließt. Der Kern des Schleifmittelträgers ist zumindest abschnittsweise in dem Hohlraum aufgenommen, wobei der Kern aus einem Materialgemisch besteht, das einen Kunststoff mit einem wärmeleitenden Füllstoff aufweist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines solchen Schleifwerkzeuges.
• Schleifwerkzeuge dieser Art sind bekannt und werden zum Beispiel für die Metallbearbeitung, Fußpflege, Maniküre oder den Dentalbereich eingesetzt. Die im Stand der Technik eingesetzten Schleifmittelträger, die auch Mandrell genannt werden, sind üblicherweise Expandierkörper aus geschlitztem Gummi mit einem eingelassenen Metallschaft zur Verbindung des Schleifmittelträgers mit einer Antriebsvorrichtung. Die in Längsrichtung verlaufenden Schlitze sollen das Aufstecken beziehungsweise Abziehen der in Umfangsrichtung geschlossenen Schleifmittel, beispielsweise einer nahtlosen Schleifkappe oder eines Schleifbändchens, auf den beziehungsweise vom Schleifmittelträger vereinfachen. Im Betrieb wird der in der Antriebsvorrichtung eingespannte Schleifmittelträger um die Längsachse rotiert. Bei ausreichend hoher Drehzahl fächert der geschlitzte Schleifmittelträger auf und drückt sich aufgrund der einwirkenden Fliehkräfte gegen die in Umfangsrichtung geschlossene Oberfläche des Schleifmittels.
• Als nachteilig wird empfunden, dass der Werkstoff Gummi eine geringe Temperatur- und Formstabilität aufweist, sodass sich der aus Gummi hergestellte Schleifmittelträger durch die beim Schleifen entstehende Reibungswärme zusammenziehen kann. Somit wird der durch das Auffächern des geschlitzten Schleifmittelträgers gewünschte Effekt des Expandierens teilweise durch das Zusammenziehen des Gummis unter Wärmeeintrag kompensiert. Vor allem dann, wenn das Schleifwerkzeug mit einem hohen Anpressdruck gegen das zu bearbeitende Objekt gedrückt wird, entsteht zum einen eine hohe Wärmeentwicklung, die den aus Gummi hergestellten Schleifmittelträger schrumpfen lässt. Zum anderen sinkt regelmäßig die Drehzahl der Antriebsmaschine ab, sodass sich die auf den Schleifmittelträger einwirkenden Fliehkräfte verringern. Im Ergebnis ergibt sich eine verringerte Haftreibung zwischen dem Schleifmittelträger und dem aufgeschobenen Schleifmittel, sodass die Gefahr besteht, dass das Schleifmittel im Betrieb des Schleifwerkzeuges vom Schleifmittelträger abrutscht. Um dies zu verhindern, wird zum Teil vorgeschlagen, den Außendurchmesser des Schleifmittelträgers weiter zu vergrößern. Dies hat allerdings den Nachteil, dass im kalten Zustand des Schleifmittelträgers das Schleifmittel nur mit einem erhöhten Kraftaufwand aufgesteckt beziehungsweise abgezogen werden kann, sodass sich der durch die im Schleifmittelträger gestalteten Schlitze versprochene Vorteil wieder relativiert.
• Weiterhin sind im Stand der Technik Schleifmittelträger aus metallenen Werkstoffen bekannt. Diese bieten den Vorteil höchster Temperaturstabilität. Allerdings weisen diese ein höheres Eigengewicht auf und besitzen eine harte und unnachgiebige Oberfläche. Zudem ist die sich zwischen dem Schleifmittelträger und dem Schleifmittel ergebende Haftreibung bei metallenen Schleifmittelträgern im Vergleich zu solchen aus Gummi deutlich geringer, sodass Spannvorrichtungen notwendig sind, um das Schleifmittel bei Rotation sicher am Schleifmittelträger zu halten. Derartige Spannvorrichtungen sind jedoch kostenaufwendig und aufwendig in deren Handhabung.
• Aus der DE 20 2014 007 228 U1 ist ein Schleifwerkzeug mit austauschbaren Schleifwalzen bekannt. Die Schleifwalzen weisen einen mehrteiligen Kern mit zwei Kernabschnitten und ein zwischen den Kernabschnitten gehaltenes Schleifmittel auf. Das hohlzylindrische Schleifmittel ist aus einem festen Schaumstoff hergestellt weist an dessen Außenseite Schleifmaterial auf. Durch das mit Schaumstoff unterfütterte Schleifmaterial kann sich das Schleifmittel an die Kontur der zu behandelnden Körperstelle, beispielsweise an einen Fingernagel, anpassen.
• Die US 7,493,670 B1 zeigt ein Polierwerkzeug mit einem Schleifmittelträger aus einem elastischen Kern, der über einen Schaft mit einer Antriebsvorrichtung verbindbar ist. Der elastische Kern kann aus geschlossenporigem Polyurethan bestehen, wobei der Schaft im Kern eingegossen ist. Über den Kern kann ein mit einem Schleifmittel oder Poliermittel befüllter Baumwollsack übergezogen sein, der durch Ziehen einer in einem Tunnelzug geführten Kordel am Schleifmittelträger befestigt werden kann.
• Aus der DE 40 06 660 A1 ist eine Schleifscheibe zum Schleifen von Brillengläsern bekannt. Diese Schleifscheibe weist einen Kunststoff-Grundkörper auf, in den am Umfang wärmeleitfähige Substanzen, beispielsweise Metalle, eingebracht sind.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Schleifmittelträger bereitzustellen, um hitzebedingte Schädigungen am Schleifmittelträger oder am zu bearbeitenden Objekt, auch bei längeren Schleifzyklen, sicher zu verhindern. Weiterhin ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schleifwerkzeug mit einem solchen Schleifmittelträger bereitzustellen.
• Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein Kunststoff wärmedämmend ist und somit nur kurze Schleifzyklen ermöglicht, um hitzebedingte Schädigungen am Schleifmittelträger oder am zu bearbeitenden Objekt, insbesondere an einem Werkstück oder einer zu behandelnden Körperstelle eines Patienten zu verhindern.
• Die Aufgabe wird durch ein Schleifwerkzeug zur Behandlung von menschlichen Körperstellen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Kern aus einem Materialgemisch besteht, das einen Kunststoff mit einem wärmeleitenden Füllstoff aufweist, wobei der Kunststoff geschäumt ausgebildet ist, und wobei der Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin hat. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Verwendung des Schleifwerkzeuges zur Behandlung von menschlichen Körperstellen gelöst.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der gesamte Kern auf vorzugsweise elastischem Kunststoff basiert, dem zur gezielten Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit der wärmeleitende Füllstoff beigemengt ist. Somit kann der Füllstoff die an der Außenfläche des Schleifmittelträgers aufgenommene thermische Energie in den gesamten Kern verteilen. Dadurch kühlt die Außenfläche des Schleifmittelträgers schneller ab, sodass die im Betrieb des Schleifwerkzeuges am Schleifmittel entstehende Reibungswärme vom Schleifmittel in den Kern abtransportiert wird. Auf diese Weise sind längere Schleifzyklen möglich, ohne dass das zu bearbeitende, respektive behandelnde Objekt, der Schleifmittelträger selbst oder das Schleifmittel hitzebedingt beschädigt werden. Zudem können durch das schnellere Abkühlen die Pausen zwischen den einzelnen Schleifzyklen verkürzt werden. Weiterhin konnte durch die Zugabe des wärmeleitenden Füllstoffes die Abtragsleistung des Schleifwerkzeuges und die durchschnittliche Lebensdauer des Schleifmittelträgers, im Vergleich zu bekannten Schleifmittelträgern aus Gummi ohne wärmeleitenden Füllstoff, deutlich erhöht werden. Hierdurch wird insgesamt ein sichereres und effizienteres Schleifen erzielt.
• Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt das Vermögen eines Materials, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren. Diese wird durch die Wärmeleitzahl λ in Watt pro Meter und pro Kelvin $\left(\raisebox{1ex}{$W$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$mK$}\right.\right)$

  

  ausgedrückt. Es hat sich gezeigt, dass mit einem Kern beispielsweise aus flexiblem Polyurethan (kurz: PUR), insbesondere aus PUR-Weichschaumstoff ein von Patienten als angenehmer empfundener Schleifmittelträger bereitgestellt werden kann. Grundsätzlich kann der Kern aber auch aus elastischem PUR-Hartschaum oder einem anderen im geschäumten oder ungeschäumten Zustand elastischen Kunststoff hergestellt sein. Allerdings weist der hier exemplarisch genannte Polyurethan-Schaum eine geringe Wärmeleitzahl Ä von etwa 0,04 $\raisebox{1ex}{$W$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$mK$}\right.$

  

  auf, wobei die Wärmeleitzahl nur marginal von der Schaumstoffdichte abhängig ist. Um trotz der wärmedämmenden Wirkung des Kunststoffes längere Schleifzyklen zu ermöglichen, hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, dass der Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin, insbesondere größer als 80 Watt pro Meter und pro Kelvin hat.
• Weiterhin ist der Kunststoff geschäumt. Dadurch kann das Gewicht des Kerns deutlich reduziert werden. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise das vom Füllstoff eingebrachte Gewicht, vor allem wenn es sich hierbei um einen metallenen oder mineralischen Füllstoff handelt, teilweise kompensiert werden kann. Somit kann das Volumen des geschäumten Kunststoffs etwa 70 % bis 95 % vom Gesamtvolumen des Kerns betragen, wobei das
• Volumen des Füllstoffs und das Volumen eines gegebenenfalls beigemischten funktionellen Zusatzstoffes zusammen maximal 30 % des Gesamtvolumens beträgt. Somit ist der Kern trotz der Zugabe des unelastischen Füllstoffes weiterhin elastisch. Im Ergebnis wird durch die Herstellung des Kerns aus einem kunststoffbasierten Schaummaterial, in dem die Füllstoffe eingebunden sind, ein im Gesamtgewicht deutlich leichterer Schleifmittelträger bereitgestellt.
• Vorzugsweise ist der Füllstoff anorganisch, insbesondere metallen oder mineralisch. Der Füllstoff kann in Pulverform oder in flüssiger Form dem Kunststoff beigemischt sein. Der Füllstoff kann beispielsweise Silber, Kupfer oder ein anderes hochwärmeleitendes Metall sein. Besonders gute Ergebnisse wurden zudem mit Siliziumkarbid erreicht. Zusätzlich oder alternativ zu metallenen oder mineralischen Füllstoffen können auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden, die ein besonders leichtes Gewicht und hochwärmeleitfähige Eigenschaften aufweisen. Der Füllstoff kann auch eine Mischung aus verschiedenen wärmeleitenden Materialen sein. Je nach Anforderung an den Schleifmittelträger kann der Füllstoff neben der bevorzugten Wärmeleitung weitere vorteilhafte Eigenschaften in den Kern einbringen. Beispielsweise wirkt Silber, insbesondere kolloidales Silber zusätzlich antibakteriell und/oder antifungizid. Diese Eigenschaften sind vor allem dann von Relevanz, wenn der Schleifmittelträger an Patienten eingesetzt wird. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Füllstoff homogen im Kern verteilt ist. Grundsätzlich kann aber insbesondere ein radial äußerer Abschnitt des Kerns im Vergleich zum Rest des Kerns eine höhere Konzentration des Füllstoffes aufweisen.
• Der insbesondere elastische Kunststoff, respektive Kunstharz kann beispielsweise Polyurethan sein. Grundsätzlich eignen sich aber auch elastische Polymere, Silikone, synthetisch hergestellter Gummi oder Natur-Kautschuk. In Bezug auf geschäumte Kunststoffe kann dieser vorzugsweise ein Ein- oder Zwei-Komponenten-Kunststoff sein. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Zwei-Komponenten-Kunststoffen erzielt, die mittels chemischer Reaktion der beiden Komponenten gleichmäßiger aushärten und stärker aufschäumen. Alternativ kann der Kunststoff auch durch Treibmittel aufgeschäumt werden. Von Vorteil ist, wenn der Füllstoff vor dem Aufschäumen des Kunststoffes der zumindest einen Komponente des Kunststoffes beigemischt werden kann, damit der Füllstoff möglichst homogen im Kern verteilt wird. Zudem hat sich gezeigt, dass der Kern mit geschäumtem Kunststoff besonders temperaturstabil ist.
• Um den insbesondere länglichen, zylindrischen Schaft mit dem Kern zu verbinden, kann dieser im Kern eingegossen oder eingespritzt sein. Hierzu kann der Schaft bereits bei Herstellung des Kerns in das Materialgemisch gehalten werden. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen dem Kern und dem Schaft kann zuvor ein Haftvermittler auf das axiale Ende des Schaftes aufgebracht werden. Weiterhin kann das axiale Ende des Schaftes Prägungen aufweisen, die zur Verankerung des Kerns am Schaft dienen. Im Ergebnis wird ein Schleifmittelträger bereitgestellt, bei dem der Schaft dauerhaft mit dem Kern verbunden ist und nur durch Zerstörung des Kerns vom Schaft getrennt werden kann.
• Des Weiteren kann der Schaft aus einem Material, insbesondere Metall hergestellt sein, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kunststoff hat, insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin aufweist. Dadurch kann der Kern schneller abkühlen. Vor allem in einem kernlosen Bereich, das heißt in einem vom Kern nicht überdeckten Bereich des Schaftes, weist der Schaft üblicherweise eine glatte Oberfläche auf, um den Schaft auf einfache Weise mit der Antriebsvorrichtung verbinden, insbesondere in diese einzuspannen zu können. Um nun die vom Kern aufgenommene thermische Energie besser abtransportieren zu können, kann der Schaft Wärmeübertragungsmittel aufweisen, die in einem außerhalb des Kerns angeordneten Schaftabschnitt am Schaft ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Wärmeleitübertragungsmittel zwischen einem Einspannbereich des Schaftes, der an einem dem Kern abgewandten axialen Ende des Schaftes gestaltet ist und insbesondere eine glatte Oberfläche zum Verbinden mit der Antriebsvorrichtung aufweist, und dem vom Kern überlappten entgegengesetzten axialen Ende des Schaftes angeordnet. Die Wärmeübertragungsmittel können insbesondere Prägungen, Riffelungen, Rillen, Erhebungen, Flügel oder dergleichen sein, die die Oberfläche des Schaftes gegenüber einer glatten Oberfläche vergrößern, um thermische Energie an die Umgebung abzugeben. Zweckmäßigerweise sind flügelartige oder turbinenartige Geometrien derart am Schaft ausgerichtet, dass Umgebungsluft angesaugt und der beim Schleifvorgang entstehende Abrieb weggeblasen werden. Vorzugsweise überlappt das Schleifmittel die Wärmeübertragungselemente nicht. Von Vorteil ist weiterhin, dass die Wärmeübertragungsmittel auch als Einspannhilfe beim Verbinden des Schleifmittelträgers mit der Antriebsvorrichtung dienen können. Hierzu kann der Einspannbereich in bekannter Weise eine glatte Oberfläche aufweisen, wobei durch den Beginn der Wärmeübertragungsmittel, beispielsweise der Riffelung dem Anwender des Schleifmittelträgers eine optimale Einspanntiefe des Schaftes in der Antriebsvorrichtung angezeigt wird.
• Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an dem Schaft zumindest ein radial abstehender Flansch angeordnet ist, wobei der Flansch aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kunststoff hat, insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin aufweist. Auf diese Weise kann der Flansch thermische Energie aufnehmen und an die Umgebung abgeben. Der Flansch kann aus demselben Material wie der Schaft oder aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Schaft aufweist, hergestellt sein. Der Flansch kann ringförmig oder in Umfangsrichtung um die Längsachse unterbrochen gestaltet sein. Weiterhin kann eine Außenseite des Flansches mit einer dem Schaft zugewandten Stirnseite des Kerns in einer Ebene angeordnet sein. Dabei kann der Flansch auf der Stirnseite des Kerns aufliegen oder bündig mit der Stirnseite des Kerns abschließen. Durch diese Anordnung des Flansches wird die Herstellung des Schleifmittelträgers vereinfacht. Dabei verhindert der Flansch ein Verlaufen des insbesondere flüssigen Haftvermittlers, der vor dem Verbinden des Schaftes mit dem Kern auf das axiale Ende des Schaftes aufgebracht werden kann, in den restlichen, kernlosen Teil des Schafts.
• In bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass der Kern aus 25 bis 75 Gewichtsprozent, insbesondere 50 bis 55 Gewichtsprozent des Füllstoffes und aus 0 bis 10 Gewichtsprozent zumindest eines funktionellen Zusatzstoffes besteht, wobei der Rest des Kerns aus dem Kunststoff und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Als Kunststoff eignet sich besonders Polyurethan. Der geschäumte Kunststoff kann geschlossenporig sein. Der Kunststoff kann ein Raumgewicht, respektive eine Dichte von 700 bis 1250 Kilogramm pro Kubikmeter haben. Weiterhin kann der Kunststoff eine Shore-Härte A von 30 bis 90 haben. Die Shore-Härte A ist nach DIN ISO 7619-1 normiert und misst die Eindruck-/Eindringtiefe eines kegelstumpfförmigen Stahl-Stifts in einen Prüfkörper auf einer Skala von 0 -100. Für die Metallbearbeitung weist der Kern zweckmäßigerweise einen Kunststoff mit einer Shore-Härte A von 30 bis 90, insbesondere bis 80, vorzugsweise bis 70 auf. Somit ist der Kern insgesamt etwas nachgiebiger, sodass beim Ansetzen des Schleifwerkzeuges vor allem an harten Kanten eines metallenen Werkstückes die Gefahr des Kornausbruchs von Schleifkörnern aus der Schleifschicht verringert ist. Durch geeignete Auswahl der Härte des insbesondere geschäumten Kunststoffes wird ein Schleifmittelträger mit einem nachgiebigen, respektive elastischen Kern, der sich an die Kontur des zu bearbeitenden Objektes beziehungsweise der zu behandelnden Körperstelle anpassen kann, bis hin zu einem festeren Kern, der unter anderem in der Podologie gut einsetzbar ist, bereitgestellt.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Materialgemisch des Kerns zumindest einen funktionellen Zusatzstoff aufweist. Der zumindest eine funktionelle Zusatzstoff kann in Pulverform oder in flüssiger Form dem Kunststoff beigemischt sein. Der zumindest eine funktionelle Zusatzstoff kann thermochrome Farbpigmente und/oder antibakteriell wirkende Mittel und/oder antifungizid wirkende Mittel und/oder das Reibungsverhalten verändernde Mittel aufweisen. Antibakteriell und/oder antifungizid wirkende Mittel können vor allem solchen Schleifmittelträgern zugesetzt werden, die für den Einsatz am Patienten vorgesehen sind, um einen hygienisch möglichst einwandfreien Schleifmittelträger bereitzustellen. Der zumindest eine funktionelle Zusatzstoff kann zum Beispiel Silber, insbesondere kolloidales Silber oder Kupfer sein. Durch geeignete Auswahl des Zusatzstoffes kann somit auch der Haftreibungskoeffizient der Außenfläche des Kerns angepasst werden, insbesondere erhöht werden, um einen sicheren Halt für das Schleifmittel zu gewährleisten.
• Vor allem bei der Metall-, Holz- und Kunststoffbearbeitung kann der Schleifmittelträger oft sehr heiß werden, sodass das zu bearbeitende Objekt, der Schleifmittelträger oder das Schleifmittel bis hin zu den Fingern des Anwenders Schaden nehmen könnten. Um dies sicher zu verhindern, können dem Schleifmittelträger reversible und/oder irreversible thermochrome Farbpigmente beigemischt sein, die durch zumindest einen Farbumschlag optisch das Erreichen zumindest einer definierten Temperatur oder eines kritischen Temperaturbereichs anzeigen. Somit kann dem Anwender des Schleifmittelträgers optisch angezeigt werden, dass das Schleifmittel und/oder der Schleifmittelträger beispielsweise zu warm geworden sind/ist. Hierbei wird der Effekt der Thermochromie ausgenutzt, das heißt bestimmte Substanzen ändern bei Erwärmung ihre Farbe. Ausgehend von der Farbe der thermochromen Farbmittel, respektive Farbpigmente im kühlen Zustand, beispielsweise bei Raumtemperatur, wird dem Anwender durch Veränderung der Farbe der Farbpigmente ein Temperaturanstieg signalisiert. Beispielsweise könnten anfänglich dunkle Farbpigmente den Temperaturanstieg durch einen Farbwechsel in rot signalisieren. Durch die thermochromen Farbpigmente wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, beispielsweise durch Verringerung des Anpressdruckes, durch Regulierung der Drehzahl der Antriebsvorrichtung oder durch Unterbrechen des Schleifvorganges auf eine Überhitzung zur reagieren. Da durch den Einsatz des wärmeleitenden Füllstoffs die Außenfläche des Kerns schnell wieder abkühlt, können zweckmäßigerweise auch reversible Farbpigmente verwendet werden, um das Abkühlen des Schleifmittelträgers anzuzeigen. Werden zusätzlich oder alternativ irreversible Farbpigmente eingesetzt, kann dem Anwender dauerhaft angezeigt werden, dass der Schleifmittelträger beispielsweise über einer maximal erlaubten Außenflächentemperatur betrieben wurde, indem mit Erreichen der maximal erlaubten Außenflächentemperatur ein irreversibler Farbwechsel vorgesehen ist. Auf diese Weise wird bereits das einmalige Überhitzen des Schleifmittelträgers dauerhaft angezeigt. Weiterhin können irreversible Farbpigmente bereits bei Erreichen einer knapp oberhalb der Raumtemperatur vorgegebenen Außenflächentemperatur farblich umschlagen, um nach einem kurzen Schleifvorgang dauerhaft anzuzeigen, dass der Schleifmittelträger bereits einmal benutzt wurde. Der zumindest eine Farbwechsel wird dem Anwender ausreichend deutlich angezeigt, wenn die thermochromen Farbpigmente bis zu 10 Gewichtsprozent des Materialgemisches ausmachen.
• Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Schleifmittelträger eine Beschichtung aufweist, die auf der Oberfläche des Kerns aufgebracht ist, wobei die Beschichtung die thermochromen Farbpigmente und/oder antibakteriell wirkenden Mittel und/oder antifungizid wirkenden Mittel aufweist.
• Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug weist neben dem erfindungsgemäßen Schleifmittelträger das Schleifmittel auf. Das Schleifmittel ist austauschbar am Kern angeordnet. Vorzugsweise ist der Schleifmittelträger für mehrere Schleifvorgänge einsetzbar, wogegen das Schleifmittel ein Verschleißprodukt sein kann.
• Die Oberfläche des Schleifmittels ist in Umfangsrichtung um die Längsachse des Schleifmittelträgers geschlossen ausgebildet und umschließt einen sich entlang der Längsachse des Schleifmittelträgers erstreckenden Hohlraum. Somit kann das Schleifmittel eine zylindrisch, kegelförmig, konisch, kugelförmig, abschnittsweise zylindrisch und halbkugelförmig, oder kappenförmig gestaltete Oberfläche aufweisen, wobei auch andere geometrische Formen möglich sind. Das Schleifmittel kann eine insbesondere nahtlose Schleifkappe sein, die auf den Kern des Schleifmittelträgers aufgeschoben werden kann. Ebenso kann das Schleifmittel eine Schleifhülse sein, die den Kern nur abschnittsweise umschließt. Vorzugsweise ist eine Außenfläche des Kerns zumindest abschnittsweise komplementär zu der den Hohlraum umschließenden Oberfläche des Schleifmittels geformt. Entsprechend kann der Kern eine zylindrisch, kegelförmig, konisch, kugelförmig, abschnittsweise zylindrisch und halbkugelförmig, oder walzenrund gestaltete Außenfläche aufweisen, wobei auch andere geometrische Formen möglich sind. Damit kann das Schleifmittel mit seiner dem Kern zugewandten Oberfläche am Kern flächig anliegen, sodass der Kern das Schleifmittel mit dem Schaft verbindet. Durch Reibung zwischen der Außenfläche des Kerns und der Oberfläche des Schleifmittels haftet das Schleifmittel an dem Schleifmittelträger. Damit kann das austauschbar am Kern gehaltene Schleifmittel auf einfache Weise durch Aufstecken auf den Kern beziehungsweise Abziehen vom Kern gewechselt werden. Das Schleifmittel ist somit ein vom Schleifmittelträger separates Bauteil, das nur durch Haftreibung am Kern gehalten ist. Somit kann das Schleifwerkzeug grundsätzlich mit an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Schleifmittel verwendet werden, welche beispielsweise hinsichtlich ihrer Schleifeigenschaften oder ihrer Festigkeit unterschiedlich sein können. Das Schleifmittel ist vorzugsweise aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Schleifleinen hergestellt. Hierzu kann das Schleifleinen ein vorzugsweise flexibles Trägermaterial aufweisen, das an einer vom Kern abgewandten Schleifseite mit einem abrasiven Material beschichtet ist.
• Um die Haftreibung zwischen der Außenfläche des Kerns und der Oberfläche des Schleifmittels weiter zu erhöhen, kann die Außenfläche eine in Umfangsrichtung um die Längsachse geschlossene Mantelfläche sein. Das heißt, die Mantelfläche weist eine durchgehende Fläche ohne Schlitze oder dergleichen auf. Dadurch ist der Kern zudem einfacher zu reinigen. Die geschlossene Mantelfläche kann glatt, respektive porenlos oder porig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Kern aus einem geschlossenporigen Schaummaterial bestehen, wobei auch mit einem offenporigen Schaummaterial gute Haftreibungswerte erzielt werden. Vorzugsweise ist der maximale Außendurchmesser des Kerns gleich oder minimal kleiner als der maximale Innendurchmesser des Schleifmittels. Dadurch kann das Schleifmittel zum einen gut aufgesteckt und abgezogen werden und wird zum anderen bei Rotation sicher am Kern gehalten. Besonders gute Ergebnisse wurden mit dem Kern erzielt, dessen Materialgemisch den geschäumten Kunststoff aufweist, da sich der Kern mit seinem leichten Schaummaterial und dem im geschäumten Kunststoff eingebundenen schweren Füllstoff bei Rotation um die Längsachse von innen gegen die Oberfläche des Schleifmittels drückt.
• Alternativ zur geschlossenen Mantelfläche kann die Außenfläche des Kerns eine in Umfangsrichtung um die Längsachse unterbrochene Mantelfläche sein. Die Unterbrechungen können geschlitzt sein und können sich in einer durch den Schaft definierten Längsrichtung erstrecken. Die Unterbrechungen können bei Bedarf nach Herstellung des Kerns in diesen eingeschnitten werden oder direkt bei Herstellung vorgesehen sein, beispielsweise durch Gießen oder Spritzen einer insbesondere lamellenförmigen Oberfläche. Durch die während der Rotation des Schleifmittelträgers auf den Kern einwirkenden Fliehkräfte kann der Kern somit auffächern und drückt sich von innen gegen die Oberfläche des Schleifmittels. Weiterhin kann ein maximaler Außendurchmesser des Kerns größer als ein maximaler Innendurchmesser des Schleifmittels sein, um die Haftreibung zwischen der Außenfläche des Kerns und der Oberfläche des Schleifmittels weiter zu erhöhen. Dadurch wird ein Presssitz zwischen dem Kern und dem Schleifmittel bereitgestellt, der das Schleifmittel im Betrieb des Schleifwerkzeuges sicher am Schleifmittelträger hält. Durch die unterbrochen gestaltete Mantelfläche des Kerns kann der Kern zudem per Hand leicht zusammengedrückt werden, um die Haftreibung während des Aufsteckens beziehungsweise Abziehens des Schleifmittels gegenüber dem Schleifmittelträger kurzzeitig zu verringern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass das Schleifmittel reversible und/oder irreversible thermochrome Farbmittel zur Bestimmung einer Außenflächentemperatur des Schleifmittels aufweisen kann. Dem Anwender kann, analog zu den im Kern als Zusatzstoff beigemengten thermochromen Farbpigmente, durch Farbwechsel das Erreichen einer definierten Temperatur oder eines kritischen Temperaturbereichs angezeigt werden. Vor allem dann, wenn die Schleifmittel als Schleifkappe ausgebildet sind, die den Kern vollständig überdecken, sind die thermochromen Farbpigmente zweckmäßigerweise im Schleifmittel angeordnet. Durch den Einsatz des wärmeleitenden Füllstoffs kühlt die Außenfläche des Schleifmittelträgers bereits bei kurzer Unterbrechung schnell ab, da die Reibungswärme in den Kern abtransportiert wird. Somit wird ein Wärmestau an der Außenfläche des Kerns verhindert, sodass die Außenflächentemperatur des Schleifmittels durch die thermochromen Farbpigmente präziser, insbesondere mit einem geringeren Messfehler angezeigt wird. Hierdurch wird insgesamt ein sichereres und effizienteres Schleifen erzielt. Um die Abkühlung der Außenfläche des Schleifmittelträgers weiter zu beschleunigen, kann das Schleifmittel, am Beispiel einer Schleifkappe, zumindest an einer dem Schaft zugewandten Seite und, am Beispiel einer Schleifhülse, zu beiden axialen Seiten hin offen ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die vom Kern aufgenommene thermische Energie seitlich an die Umgebung abstrahlen.
• Sowohl das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug als auch der erfindungsgemäße Schleifmittelträger können zum Beispiel für die Metallbearbeitung und/oder die Behandlung von menschlichen Körperstellen, insbesondere im Zusammenhang einer nicht-therapeutischen beziehungsweise kosmetischen Behandlung eines Patienten, beispielsweise zur Fußpflege, Maniküre oder Zahnpflege eingesetzt werden.
• Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
• 1 einen erfindungsgemäßen Schleifmittelträger in Seitenansicht; und
• 2 ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug mit dem Schleifmittelträger aus 1 in Seitenansicht.
• 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifmittelträgers 1. Der Schleifmittelträger 1 umfasst einen metallenen Schaft 2 und einen Kern 3 aus einem Materialgemisch, das einen Kunststoff mit einem wärmeleitenden Füllstoff und, hier, weiteren funktionellen Zusatzstoffen aufweist.
• Der Schaft 2 weist eine längliche, stiftartige Grundform mit einem vorderseitigen axialen Ende 4 und einem rückseitigen axialen Ende 5 auf und definiert eine Längsachse X. Das rückseitige Ende 5 des Schafts 2 dient zum Verbinden des Schleifmittelträgers 1 mit einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung zum drehenden Antreiben des Schleifmittelträgers 1 um die Längsachse X. Hierzu kann der Schaft 2 beispielsweise in ein Spannfutter der Antriebsvorrichtung eingespannt sein. Zur Verankerung des Kerns 3 am metallenen Schaft 2 weist der Schaft 2 entlang des vom Kern 5 überdeckten vorderseitigen Endes 4 eine aufgeraute, insbesondere geriffelte Oberfläche auf. Weiterhin ist an dem Schaft 2 ein radial abstehender, hier ringförmig geschlossener Flansch 6 angeordnet. Der Flansch 6 ist ebenfalls metallen, und hier, wie der Schaft 2, zum Beispiel aus Stahl hergestellt. Eine dem rückseitigen Ende 5 des Schafts 2 zugewandte Außenseite 7 des Flansches 6 ist mit einer dem Schaft 2 zugewandten Stirnseite 8 des Kerns 3 in einer Ebene E, das heißt, der Flansch 6 schließt bündig mit dem Kern 3 ab. Des Weiteren weist der Schaft 2 in einem außerhalb des Kerns 3 angeordneten Schaftabschnitt 9 des Schafts 2 Wärmeübertragungsmittel 10 auf. Die Wärmeübertragungsmittel 10 sind, hier, Prägungen, die die Oberfläche, respektive die Abstrahlfläche des Schaftes 2 im Schaftabschnitt 9 vergrößern. Das rückseitige Ende 5 des Schaftes 2 weist eine glatte Oberfläche auf. Ausgehend vom rückseitigen Ende 5 zeigt der Beginn der Prägungen 10, als Einspannmarkierung 11, dem Anwender die optimale Einspanntiefe in der Antriebsvorrichtung an.
• Der Kern 3 ist rotationssymmetrisch zur Längsachse X gestaltet und weist einen Vollkörper auf, der, hier lediglich exemplarisch, einen zylindrischen Abschnitt und einen halbkugelförmigen Abschnitt hat. Alternative Geometrien sind ebenfalls möglich. Der Schaft 3 ist im zylindrischen Abschnitt des Kerns 3 aufgenommen. Das Materialgemisch des Kerns 3 ist, hier, geschäumter Polyurethan, der geschlossenporig ausgehärtet ist. Je nachdem, für welche Anwendung der Schleifmittelträger 1 vorgesehen ist, zum Beispiel für die Metall-, Kunststoff- oder Holzbearbeitung oder zur Behandlung von Patienten, kann der Kunststoff mit unterschiedlichen Eigenschaften versehen werden. Beispielsweise kann der Kunststoff ein Raumgewicht von 700 bis 1250 Kilogramm pro Kubikmeter haben. Weiterhin kann der Kunststoff eine Shore-Härte A von 30 bis 90 haben.
• Im Materialgemisch des Kerns 3 ist zudem der wärmeleitende Füllstoff vorgesehen, der dem Kunststoff beigemischt und möglichst homogen im Kern 3 verteilt ist. Der Füllstoff ist zusammen mit den weiteren funktionellen Zusatzstoffen in der 1 durch die im Kern 3 dargestellten Punkte, die der Übersichtlichkeit halber nur einmal mit dem Bezugszeichen 12 versehen sind, angedeutet. Der Füllstoff kann anorganisch, insbesondere metallen oder mineralisch sein. Beispielsweise kann der Füllstoff Silber, Kupfer oder Siliziumkarbid sein. Ebenso kann der Füllstoff Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfassen. Derartige Füllstoffe weisen eine Wärmeleitzahl A von größer als $35\raisebox{1ex}{$W$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$mK$}\right.$

  

  auf. Damit weisen die Füllstoffe eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kunststoff auf, der am Beispiel von geschäumten Polyurethan eine Wärmeleitzahl A von etwa $\mathrm{0,04}\raisebox{1ex}{$W$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$mK$}\right.$

  

  hat. Darüber hinaus sind auch der Schaft 2 und der Flansch 6 aus einem Material, hier Stahl, hergestellt, das mit einer Wärmeleitzahl A von größer als $35\raisebox{1ex}{$W$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$mK$}\right.$

  

  eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kunststoff aufweist.
• Des Weiteren weist das Materialgemisch des Kerns 3 die funktionellen Zusatzstoffe auf. Die hier verwendeten Zusatzstoffe umfassen zum einen thermochrome Farbpigmente, die dem Anwender durch Farbwechsel das Erreichen einer definierten Temperatur oder eines kritischen Temperaturbereiches signalisieren. Der Einsatz der thermochromen Farbpigmente im Kern 3 des Schleifmittelträgers 1 ist vor allem dann zweckmäßig, wenn Schleifmittel verwendet werden, die den Kern 3 nur abschnittsweise überdecken. Dies kann beispielsweise eine zylindrische Schleifhülse sein, die am zylindrischen Abschnitt des Kerns 3 angeordnet ist.
• Weiterhin können die funktionellen Zusatzstoffe das Reibungsverhalten einer Außenfläche 13 des Kerns 3 beeinflussen. Auf diese Weise kann der Haftreibungskoeffizient vergrößert werden. Des Weiteren sind, hier, antibakteriell und antifungizid wirkende Zusatzmittel, insbesondere Silber oder kolloidales Silber vorgesehen.
• Der Kern 3 besteht somit, hier, aus 25 bis 75 Gewichtsprozent des Füllstoffes und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent aus den funktionellen Zusatzstoffen, wobei der Rest des Kerns 3 aus dem Kunststoff besteht, wobei marginale Verunreinigungen nicht ausgeschlossen werden können.
• Auf der Außenfläche 13 des Kerns 3 ist eine Beschichtung 14 aufgetragen, die, hier, antibakteriell und antifungizid wirkende Mittel aufweist, um für die Behandlung von Patienten ein hygienisch möglichst einwandfreies Ausgangsprodukt bereitstellen zu können. Grundsätzlich könnte die Beschichtung 14 auch thermochrome Farbpigmente aufweisen.
• In 2 ist ein erfindungsgemäßes Schleifwerkzeug gezeigt, das neben dem in der 1 gezeigten Schleifmittelträger 1 ein austauschbar am Kern 3 aufgeschobenes Schleifmittel 15 zeigt.
• Das Schleifmittel 15 weist eine in Umfangsrichtung um die Längsachse X geschlossene Oberfläche 16 auf, die einen sich entlang der Längsachse X erstreckenden Hohlraum 17 umschließt. Das Schleifmittel 15 ist, hier, in Form einer nahtlosen Schleifkappe dargestellt. In dem Hohlraum 17 ist der Kern 3 des, im Zusammenhang mit der 1 bereits beschriebenen, Schleifmittelträgers 1 aufgenommen.
• Die Außenfläche 13 ist komplementär zur Oberfläche 16 geformt und als eine in Umfangsrichtung um die Längsachse X geschlossene Mantelfläche gestaltet. Somit liegt die Oberfläche 16 des Schleifmittels 15 flächig auf der Außenfläche 13 des Kerns 3, sodass das austauschbare Schleifmittel 15 nur durch die Haftreibungskraft am Kern 3 gehalten wird.
• An einer dem Kern 3 abgewandten Seite des Schleifmittels 15 ist eine Schleifschicht 18 angeordnet, die in einem Bindemittel, insbesondere Harz, eingebundene Schleifkörner aufweist. In der Schleifschicht 18 sind, hier, thermochrome Farbpigmente zur Bestimmung einer Außenflächentemperatur des Schleifmittels 15, insbesondere der Schleifschicht 18 aufweisen.
• Im Betrieb des Schleifwerkzeuges wird dieses durch die Antriebsvorrichtung um die Längsachse X rotierend angetrieben. Während eines Schleifvorganges entsteht durch die Reibung zwischen dem Schleifmittel 15 und dem zu bearbeitenden Objekt Reibungswärme, die durch die wärmeleitenden Füllstoffe in den Kern 3 verteilt werden. Über die vom Schleifmittel 15 nicht überdeckte Stirnseite 8 des Kerns 3 kann der Kern 3 die aufgenommene thermische Energie ableiten. Der metallene Flansch 6 sowie der metallene Schaft 2, vor allem mit den Wärmeübertragungsmitteln 10, unterstützen den Abtransport der im Kern 3 aufgenommenen thermischen Energie an die Umgebung.
• Bezugszeichenliste

1

Schleifmittelträger

2

Schaft

3

Kern

4

vorderseitiges Ende

5

rückseitiges Ende

6

Flansch

7

Außenseite

8

Stirnseite

9

Schaftabschnitt

10

Wärmeübertragungsmittel

11

Einspannmarkierung

12

Füllstoff und funktionelle Zusatzstoffe

13

Außenfläche

14

Beschichtung

15

Schleifmittel

16

Oberfläche

17

Hohlraum

18

Schleifschicht

E

Ebene

X

Längsachse

Claims (14)

1. Schleifwerkzeug zur Behandlung von menschlichen Körperstellen, umfassend einen Schleifmittelträger (1), der einen Schaft (2) zum Verbinden des Schleifmittelträgers (1) mit einer Antriebsvorrichtung zum drehenden Antreiben des Schleifmittelträgers (1) um eine Längsachse (X) und einen Kern (3), der mit einem axialen Ende (4) des Schafts (2) verbunden ist, aufweist, und ein Schleifmittel (15) mit einer in Umfangsrichtung um die Längsachse (X) geschlossenen Oberfläche (16), die einen sich entlang der Längsachse (X) erstreckenden Hohlraum (17) umschließt, wobei der Kern (3) zumindest abschnittsweise in dem Hohlraum (17) aufgenommen ist, wobei der Kern (3) aus einem Materialgemisch besteht, das einen Kunststoff mit einem wärmeleitenden Füllstoff aufweist, wobei der Kunststoff geschäumt ausgebildet ist, und wobei der Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin hat.
2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff anorganisch ist.
3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin hat.
4. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) Wärmeübertragungsmittel (10) aufweist, die in einem außerhalb des Kerns (3) angeordneten Schaftabschnitt (9) am Schaft (2) ausgebildet sind.
5. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaft (2) zumindest ein radial abstehender Flansch (6) angeordnet ist, wobei der Flansch (6) aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit größer als 35 Watt pro Meter und pro Kelvin hat.
6. Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite (7) des Flansches (6) mit einer dem Schaft (2) zugewandten Stirnseite (8) des Kerns (3) in einer Ebene (E) angeordnet ist.
7. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Raumgewicht von 700 bis 1250 Kilogramm pro Kubikmeter und/oder eine Shore-Härte A von 30 bis 90 hat.
8. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (3) aus 25 bis 75 Gewichtsprozent des Füllstoffes und aus 0 bis 10 Gewichtsprozent zumindest eines funktionellen Zusatzstoffes besteht, wobei der Rest des Kerns (3) aus dem Kunststoff und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
9. Schleifwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine funktionelle Zusatzstoff thermochrome Farbpigmente und/oder antibakteriell wirkende Mittel und/oder antifungizid wirkende Mittel und/oder das Reibungsverhalten verändernde Mittel aufweist.
10. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifmittelträger (1) eine Beschichtung (14) aufweist, die auf der Außenfläche (13) des Kerns (3) aufgebracht ist, wobei die Beschichtung (14) thermochrome Farbpigmente und/oder antibakteriell wirkende Mittel und/oder ein antifungizid wirkende Mittel aufweist.
11. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche (13) des Kerns (3) zumindest abschnittsweise komplementär zu der den Hohlraum (17) umschließenden Oberfläche (16) des Schleifmittels (15) geformt ist.
12. Schleifwerkzeug nach einem Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (13) des Kerns (3) eine in Umfangsrichtung um die Längsachse (X) geschlossene Mantelfläche ist.
13. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (15) thermochrome Farbmittel zur Bestimmung einer Außenflächentemperatur einer Schleifschicht (18) des Schleifmittels (15) aufweist.
14. Verwendung eines Schleifwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Behandlung von menschlichen Körperstellen.

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