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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Luftpolsterableitung an einer Schleifmaschine mit rotierenden Schleifkörpern (Schleifscheiben).
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Ein Luftpolster ist eine Luftschicht, die bei schneller Rotation der Schleifscheibe direkt an der Scheibenoberfläche durch Grenzschichtreibung und -haftung entsteht. Die Bildung des Luftpolsters wird wesentlich durch folgende Faktoren beeinflusst: die Schnittgeschwindigkeit, die Korngröße, der Kornüberstand (Spanraum) und bei offenporigen Schleifkörpern die Porosität der Schleifscheibe. Durch die Einschlüsse bzw. Poren in der Schleifscheibe wird Luft aufgenommen und durch die Rotation in Umlauf gebracht. Die Reibung zwischen Luftschicht und Schleifscheibenoberfläche baut das Luftpolster auf und die Zentrifugalkraft sorgt dafür, dass die Luft durchgehend von der Schleifscheibe nach außen beschleunigt wird. Somit entsteht eine Luftströmung, die durch ihre radiale Ausrichtung zur Schleifscheibenachse dem zugeführten Kühlschmiermittel entgegenwirkt.
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Das Luftpolster ist ein Widerstand für den Kühlschmierstoff, der durchbrochen werden muss, um eine optimale Kühlschmierung im Schleifspalt herstellen zu können. Dabei wird kinetische Energie für das Kühlschmiermittel gebraucht, die entweder mit Erhöhung der Geschwindigkeit oder des Volumenstromes erreicht wird. Jedoch ist es nicht wirtschaftlich, diese Parameter zu weit zu erhöhen, weil dadurch eine Erhöhung des Energieverbrauchs stattfindet und dies ökologisch und ökonomisch nachteilig ist. Des Weiteren ist die Pumpentechnik bei hohen Drücken und Geschwindigkeiten ebenfalls mit hohen Kosten verbunden.
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Die Beschäftigung mit der Eigenschaft und der Qualität eines Luftpolsters hat gerade im Bereich des Schleifens mit höheren Schnittgeschwindigkeiten eine starke Bedeutung.
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Gelangt nicht genügend Kühlschmiermittel in die Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück, so ist eine erhöhte Schleifbrandgefahr gegeben. Dadurch können thermische Schädigungen der Werkstückrandzone, wie z.B. Härteverlust oder sogar Mikrorisse entstehen, welche bei einer späteren dynamischen Belastung zum Bauteilversagen führen. Die Prozesssicherheit sinkt somit deutlich durch eine negativ beeinflusste Kühlmittelstrom-Zufuhr.
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Aus dem Stand der Technik bekannte (erste) Maßnahmen zur Luftpolsterableitung bestehen darin, dass eine bestimmte Form von Düsen mit einer Steuerung des Kühlmittelstroms eingesetzt wird. Zum Beispiel zeigt die
DE 10 2018 002 444 A1 eine multifunktionale Mehrkammerdüse mit einer Kühlmitteldüse zur Luftpolsterabtrennung; vgl. auch
DE 401 77 16 A1 .
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Zu einer anderen Gruppe der Luftpolsterableitung gehören Anordnungen, bei denen ein Ableitblech oder eine Abstreifkante möglichst nah am Schleifkörper (Schleifscheibe) angeordnet ist:
DE 1652003 A ;
DE 10 2011 079 585 A1 .
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Die Anordnungen der letztgenannten Gruppe haben Nachteile. Da die Schleifscheibe durch den Verschleiß immer kleiner wird, muss das Ableitblech oder die Abstreifkante auch während des Schleifvorgangs regelmäßig (näher an die Schleifscheibe) justiert werden. Außerdem sind Ableitbleche an die Geometrie der Schleifscheibe anzupassen. Dies führt zu weiterem Einrichtungsaufwand und Wartungsarbeiten. Bleche müssen durch den Benutzer selbst vorbereitet und angebracht werden. Auf dem Markt gibt es kein geeignetes Produkt.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Luftpolsterableitung an einer Schleifmaschine anzugeben, bei der ein Luftpolsterableiter eingesetzt wird, bei dem eine Justierung des Abstands zur Schleifscheibe entfällt. Auf den Einsatz einer besonderen Kühlmitteldüse zur Luftpolsterabtrennung kann verzichtet werden.
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Der Kern der Erfindung ist eine Anordnung zur Luftpolsterabtrennung an einer Schleifmaschine zum Schleifen eines Werkstücks, wobei die Schleifmaschine mindestens folgendes aufweist:
- ein Maschinengehäuse, eine Vorrichtung zum Zuführen von Kühlschmiermittel an eine Schleifscheibe, ein Luftpolsterableiter, wobei der Luftpolsterableiter ein Abstreifelement zum Abstreifen eines Luftpolsters und einen Abstreifhalter umfasst, wobei das Abstreifelement in streifender oder gleitender Berührung mit der Schleifscheibe steht. Bei Scheibenverschleiß muss es nicht immer wieder nachgestellt werden.
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Im Gegensatz zu einem starren Abstreifelement handelt es sich bei der Erfindung um ein elastisches oder federndes Element. Würde ein starres Abstreifelement in Berührung mit der Schleifscheibe gebracht, würde es in Kürze abgeschliffen werden. Ein gewollter und/oder gezielt eingesetzter Luftableiteffekt würde nach kurzer Zeit verschwinden. Der gewünschte Ableiteffekt ist reproduzierbar nicht erreichbar.
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Das von einem Abstreifhalter getragene Abstreifelement kann sein ein elastisches Blech, eine elastische Folie (Gummilippe), Kunststoff- oder Blechfolie und/oder eine Bürste mit elastischen Borsten.
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Als bevorzugte Anordnung eines Luftpolsterableiters in einer Schleifmaschine können Abstreifhalter und Abstreifelement im letzten Viertel (in Bezug auf den Umfang der Schleifscheibe) vor der Kontaktzone zwischen Schleifkörper und Werkstück angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann die Lage des Abstreifelements zwischen 5° bis 40° vor der Kontaktzone positioniert sein.
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Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Schleifmaschinen beschränkt. Sie kann beispielsweise bei diversen Schleifmaschinenarten oder -ausführungsformen, wie Flach-, Außenrund-, Innenrund-, Spitzenlos-, Wälz- oder Werkzeugschleifmaschinen etc. eingesetzt werden.
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Die Vorteile der Erfindung
- • eine Bürste hat effiziente Luftableitung wie auch Bleche
- • Bürsten müssen nicht an das Scheibenprofil angepasst werden
- • der Kühlmittelstrom von Reinigungs- und Freistrahldüsen wird abgeleitet, bevor er den folgenden Kühlmittelstrahl beeinflusst
- • die Kühlmittel-Zufuhr muss nicht mehr so genau ausgerichtet oder (bei Scheibenverschleiß) nachgestellt werden, da hinter dem abgeleiteten Luftpolster ein Unterdruck entsteht und das Kühlschmiermittel an die Scheibe gezogen und mitgeführt wird.
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Die Vorteile zusammengefasst:
- Effizienter und sicherer Schleifprozess ohne Veränderung/Anpassung der vorhandenen Kühlmittelstrom-Zufuhr.
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Die Borsten einer Bürste können aus Kunststoff, aus Naturhaar und/oder aus Metall und NE-Metall (in Drahtform) bestehen.
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Je nach Benutzung der Schleifscheibe wird ein Verschleiß mehr oder weniger auftreten. Entsprechend muss auch die Bürste nachgestellt bzw. ausgetauscht werden. Dieser Effekt bzw. der Aufwand des Nachstellens ist jedoch deutlich geringer als bei alternativen Methoden (Ableitblech, Schuhdüse etc.).
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Ein elastisches Abstreifelement einer ausreichenden Länge und mit möglichst geringem Verschleiß muss nur nach mehrmaliger Verwendung, bzw. bei Scheibenwechsel neu justiert bzw. ggf. ausgetauscht werden.
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Neben Borsten einer Bürste kann zusätzlich mindesten eine - die Schleifscheibe nicht berührende - Gummilippe zwischen Borstenreihen installiert sein. Dies sorgt für mehr Stabilität und einer besseren Ableitung. Feste Gummilippen sollten die Schleifscheibe nicht berühren.
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Das elastische Abstreifelement ist so gerichtet, dass es mit der Rotationsrichtung an der Scheibe anliegt. Das Abstreifelement sollte mit Vorspannung so an der Schleifscheibe anliegen, dass es bei maximalem Scheibenverschleiß (bis hin zu dem Radius, an dem die Scheibe noch verwendet werden kann) durch ein elastisches Aufstellen an der Schleifscheibe anliegt. Das Abstreifelement stellt sich bei Scheibenverschleiß „automatisch“ nach. Somit ist ein Nachführen nicht notwendig.
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Der Vorteil von elastischen Abstreifelementen, insbesondere von Borsten ist, dass sie an alle Schleifscheibenprofile anpassbar sind. Weniger elastische Elemente müssen an das Scheibenprofil erst angepasst werden.
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Die Elastizität des Abstreifelements sollte so gewählt werden, dass sich das Abstreifelement an die Schleifscheibe anschmiegt. Die Elastizität sollte nicht zu steif sein, da das Abstreifelement ansonsten zu schnell verschleißt (hoher Anpressdruck). Außerdem sollte das Abstreifelement dem dynamischen Druck des Luftpolsters standhalten und nicht durch dieses weggedrückt werden. Der dynamische Druck ist abhängig von Schleifscheibe, Schnittgeschwindigkeit, Scheibengeometrie, Schleifscheibentopographie usw. Grober Anhaltspunkt sind bei konventionellen Schleifscheiben Drücke von 40 bis über 800 Pa.
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Elastische Abstreifelemente, insbesondere Bürstenarten, können für verschiedene Arten von Schleifmittel angepasst sein. Zum Beispiel werden für offenporige konventionelle Schleifmittel Borsten benötigt, welche möglichst wenig Reibung erzeugen und somit nicht von der Schleifscheibe „zerschliffen“ werden (z.B. PTFE). Für feine und hochharte Schleifmittel wie CBN oder Diamant können die Borsten fester sein.
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Bei Betrachtung der Kühlmittelzufuhr kann eine Kombination von Ableitbürsten und Kühlmitteldüsen verwendet werden. Die Kühlmittelzufuhr kann durch hohle Borsten oder durch die Borstenzwischenräume erfolgen.
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Ein Teil der Borsten einer Bürste kann eine (abrasive) abtragende Reibungswirkung und ein anderer Teil keine abtragende Reibungswirkung auf das Material des Schleifkörpers haben.
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Es können beispielsweise wenig abrasive Kunststoffbürsten oder Borsten aus Naturhaar mit abrasiven Metallborsten (oder hartem Kunststoff) kombiniert werden. Abrasives Material eines Ableitelements bewirkt kontinuierliche Schärfung der Schleifscheibe. Es könnte die eine Form (gering abrasiv) als Schutz und die andere Form (höher abrasiv) für eine gute Luftpolsterableitung durch dichte Borsten dienen.
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Das Ableitelement ist in fester, aber veränderbarer Position, somit nachstellbar in der Schleifmaschine angeordnet. Der Abstreifhalter ist so ausgeführt, dass er einfach und flexibel hinsichtlich unterschiedlicher geometrischer Anordnungen an der Maschine installiert werden kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Luftpolsterableiter über einen Abstandshalter in konstantem Abstand zum Radius der Schleifscheibe steht. Ein solcher Abstandshalter wird durch ein Feder-Dämpfer-System mit Federspannung beaufschlagt und über eine Befestigung in der Schleifmaschine so angeordnet, dass über einen Bewegungsfreiheitsgrad ein Andrücken ermöglicht wird. Die Kraft einer Feder sorgt für dauernden Andruck eines Führungselements. Das Führungselement kann als eine mit der Schleifscheibe mitrotierende Rolle oder Walze oder als Gleitkufe ausgebildet sein.
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Der Abstand zwischen Luftpolsterableiter und Schleifscheibe bleibt somit während der Abnahme des Durchmessers der Schleifscheibe konstant erhalten. Der Abstandshalter folgt kontinuierlich dem Verschleiß der Schleifscheibe.
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Für eine lange Lebensdauer des mitrotierenden Elements (Rolle oder Walze) sollte das Material des Elements aus verschleißfestem Material bestehen, damit der Verschleiß durch den Kontakt mit der Schleifscheibe reduziert ist.
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Anstelle eines mitrotierenden Elements kann eine Gleitkufe eingesetzt werden. Der als Gleitkufe ausgebildete Luftpolsterableiter wird durch den aerodynamischen Druck des mitrotierenden Luftpolsters auf Abstand zur Schleifscheibenoberfläche gehalten.
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Eine alternative Anordnung zur Luftpolsterabtrennung kann darin bestehen, dass am Abstandshalter ein Luftpolsterableiter angeordnet ist, dessen Abstreifelement mit Abstand zur Schleifscheibe angeordnet ist.
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Die Erfindung wird in mehreren Figuren dargestellt, wobei diese zeigen:
- 1: Ansicht einer ersten Luftpolsterabtrennung,
- 2 und 3: Bürsten mit Borsten und
- 4: Ansicht einer Luftpolsterabtrennung mit Abstandshalter.
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Die 1 zeigt eine Anordnung zur Luftpolsterabtrennung in Seitenansicht.
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Das Luftpolster 16 ist eine Luftschicht, die bei schneller Rotation der Schleifscheibe 12 an der Scheibenoberfläche durch Grenzschichtreibung und -haftung entsteht. Als Luftpolsterableitung wird das Abstreifelement 18 verwendet, welches nah am Schleifkörper (Schleifscheibe) angeordnet ist.
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Das Abstreifelement 18 ist in fester, aber veränderbarer Position in der Schleifmaschine angeordnet. Das Abstreifelement kann ein elastisches Blech, eine elastische Folie (Gummilippe), Kunststoff- oder Blechfolie und/oder eine Bürste mit elastischen Borsten sein.
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Weiter zeigt die Figur beispielhaft:
- Kühlmitteldüse D1; Rotation Vs der Schleifscheibe 12; Werkstückvorschub Vw; Werkstück 14; Kontaktzone 15; Luftpolster 16.
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Die 2 und 3 zeigen Bürste 19 mit Borsten 20 und Bürstenhalter 21 detaillierter. Die Borsten einer Bürste können eine abtragende (abrasive) Reibungswirkung auf das Material des Schleifkörpers haben.
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Die 4 zeigt eine zweite Anordnung mit einem Luftpolsterableiter, der über einen Abstandshalter 30 mit Spannung über ein Feder-Dämpfer-System in konstantem Abstand zum Radius der Schleifscheibe 12 steht.
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Der Abstandshalter ist über eine Befestigung 36 an der Schleifmaschine, vorzugsweise an der Schleifscheibenhaube 11 angeordnet. Der Abstandshalter umfasst einen Arm 31, an dem eine Rolle 32 gelagert ist. An dem Arm 31 kann weiterhin eine Kühlmitteldüse D2 angebracht sein.
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Das an dem Arm gelagerte mitrotierende Element 32 besteht aus verschleißfestem Material (Hartgummi, Bürstenrolle). Der Arm wird mit einer vorgespannten Federkraft (34) beaufschlagt, sodass dieser sich an die Schleifscheibe legt. Ein Dämpfer (36) sorgt für ein schwingungsfreies, statisch stabiles Halten der Position. Das Element 32 rotiert bei laufendem Schleifprozess mit der Schleifscheibe mit und wird wenig verschlissen. Unterhalb des mitrotierenden Elements ist das Abstreifelement 18 montiert. Bei Scheibenverschleiß bleibt das mitrotierende Element (und somit auch das Abstreifelement) durch die Vorspannung an der Scheibe angelegt; das Luftpolster 16 wird immer effektiv und reproduzierbar abgeleitet.
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Bei Scheibenverschleiß ist es wichtig, die Kühlmitteldüse nachzustellen, damit der Strahl genau in die Kontaktzone 15 trifft. Diese Anordnung nach 4 erfüllt diese Bedingung, weil an dem Abstandshalter die Kühlmitteldüse D2 angeordnet ist. Es ist eine automatische Nachstellung der Kühlmitteldüse gewährleistet.
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Ein alternatives Abstreifelement kann im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Anordnung mit einem festen, aber endlichen Abstand (Spalt) zur Schleifscheibe angeordnet sein. Dieses Abstreifelement berührt die Schleifscheibe nicht streifend. Das alternative Abstreifelement wird so nah wie möglich an die Schleifscheibe gestellt (z.B. durch Langlöcher oder einen Linearschlitten). Es kann eine Folie oder ein Blech verwendet werden. Das Profil des alternativen Abstreifelements ist dem Profil der Schleifscheibe angepasst. Die Nachführung des Abstreifelements bei Verschleiß ist durch das Führungselement gegeben.
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Zusammenfassend wird eine Anordnung zur Luftpolsterabtrennung an einer Schleifmaschine zum Schleifen eines Werkstücks vorgestellt, wobei die Anordnung mindestens folgendes aufweist:
- ein Maschinengehäuse, eine Vorrichtung zum Zuführen von Kühlmittel an eine Schleifscheibe, ein Luftpolsterableiter, wobei der Luftpolsterableiter ein elastisches oder federndes Abstreifelement zum Abstreifen des Luftpolsters und einen Abstreifhalter umfasst, wobei der Luftpolsterableiter in streifender oder gleitender Berührung mit der Schleifscheibe steht. Es wird ein Abstreifelement 18 beschrieben, das in fester, aber veränderbarer Position in der Schleifmaschine angeordnet ist. Weiterhin wird ein Luftpolsterableiter vorgeschlagen, der über einen Abstandshalter 30 in konstantem Abstand zum Radius der Schleifscheibe 12 steht.
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Im Gegensatz zu einem starren Abstreifelement, welches in Berührung mit der Schleifscheibe steht, hat der Gegenstand der Anmeldung eine hohe Standzeit und wird nicht in Kürze abgeschliffen. Der mit dem Abstreifelement gezielt eingesetzte Luftableiteffekt bleibt länger erhalten. Es kann ein effizienter und sicherer Schleifprozess ausgeführt werden ohne Veränderung/Anpassung der vorhandenen Kühlmittelstrom-Zufuhr. Das Abstreifelement muss nicht aufwändig nachgestellt werden. Insbesondere elastische Borsten einer Bürste passen sich automatisch an ein Schleifscheibenprofil an.
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Bezugszeichenliste
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- D1 D2
- Kühlmitteldüse
- Vs
- Drehung Rotation
- Vw
- Werkstückvorschub
- 11
- Maschinengehäuse, Haube
- 12
- Schleifscheibe
- 14
- Werkstück
- 15
- Kontaktzone
- 16
- Luftpolster
- 18
- Abstreifelement
- 19
- Bürste
- 20
- Borsten
- 21
- Abstreifhalter
- 30
- Abstandshalter
- 31
- Arm
- 32
- Rolle
- 34
- Feder
- 36
- Befestigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018002444 A1 [0006]
- DE 4017716 A1 [0006]
- DE 1652003 A [0007]
- DE 102011079585 A1 [0007]
