DE102020128377A1

DE102020128377A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät und Schleifscheibenvorrichtung

Info

Publication number: DE102020128377A1
Application number: DE102020128377.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Brandstetter
Original assignee: Jobra Metall GmbH
Current assignee: Jobra Metall GmbH
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-04-28
Also published as: WO2022090229A1

Abstract

Beschrieben wird eine Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung (10) für ein Schleifgerät. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Schleifauflage (14) mit einer abrasiven Schleiffläche (FS) und einer der Schleiffläche (FS) gegenüberliegenden Verbindungsfläche (FS) bereitgestellt. Ferner wird ein Trägerteller (12) mit einer Tragefläche (12a) zur tragenden Aufnahme der Schleifauflage (14) bereitgestellt. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden, wobei hierzu die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) in eine Reibschweißvorrichtung eingebracht und dort eingespannt werden, so dass die Verbindungsfläche (FS) der Schleifauflage (14) und die Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) einander zugewandt sind. In wenigstens einem ersten Teilschritt des Reibschweißens werden die Verbindungsfläche (FS) und die Tragefläche (12a) zumindest abschnittsweise in Kontakt gebracht. Die eingespannte Schleifauflage (14) und der eingespannte Trägerteller (12) werden in wenigstens einem zweiten Teilschritt des Reibschweißens relativ zueinander bewegt und gleichzeitig mit einer vorgegebenen Anpresskraft aneinander angepresst und die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) werden durch wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche (FS) und der Tragefläche (12a) miteinander verschweißt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät, insbesondere zur Herstellung einer Schleifscheibe mit Trägerteller, sowie auf eine Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät, insbesondere Schleifscheibe mit Trägerteller.
Stand der Technik
Schleifscheibenvorrichtungen oder Schleifwerkzeuge sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Beispielsweise können bei bekannten Schleifscheibenwerkzeugen Schleifborsten an einer im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten Kunststoffbasis angeformt oder Schleiffilamente in einer Kunststoffmatrix eingebettet sein. Eine derartige Schleifbürste, bei der Schleifborsten mit abrasiven Partikeln an einer Kunststoffbasis angeformt sind, ist beispielsweise in der US 6,179,887 B1 offenbart, wobei die Schleiffläche bei dieser Art von Schleifbürsten durch die freiendseitigen Borstenenden gebildet ist. Die DE 196 50 393 A1 wiederum beschreibt ein Schleifwerkzeug, bei dem an einer Nabe ein Bündel von Schleif-Monofilamenten befestigt ist und die an der Nabe befestigten Schleif-Monofilamenten in einen Elastomerschaum eingebettet sind. Mit ihren der Nabe abgewandten Spitzen bilden die eingebetteten Schleif-Monofilamente eine ringförmige oder zylindrische Schleiffläche.
Aus der WO 2005/115716 A1 ist ferner ein Schleifwerkzeug bekannt, das mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellt ist. Zur Herstellung des Schleifwerkzeugs der WO 2005/115716 A1 werden Partikel eines abrasiven Granulats bzw. eines abrasiven Agglomerats in eine Spritzgießform eingestreut und anschießend wird thermoplastisches Elastomermaterial in die Spritzgießform eingespritzt, so dass die Partikel des abrasiven Granulats in dem thermoplastischen Elastomermaterial eingebettet vorliegen.
Nachteilig erbringen jedoch die genannten Schleifwerkzeuge, insbesondere für bestimmte Verwendungszwecke bzw. in bestimmten Anwendungsfällen, häufig nicht die gewünschte Schleifleistung.
Aus dem Stand der Technik sind ferner Schleifscheibenvorrichtungen, nämlich Schleifscheiben mit Trägertellern bekannt, die in der Regel aus einem Trägerteller oder Stützteller bzw. einer Trägerplatte mit einer daran befestigten bzw. damit verbundenen abrasiven Schleifscheibe oder Schleifauflage bestehen. Eine derartige Schleifscheibe mit Trägerteller ist beispielsweise aus der DE 10 2016 102 037 B4 bekannt, bei der auf einem steifen Trägerteller aus Polyamid oder ABS eine abrasive Schleifauflage aufgebracht ist, welche aus fächerförmig angeordneten Schleiflamellen besteht.
Zur Befestigung der Schleifauflage auf der Trägerplatte dient beispielsweise ein Klebstoff, der eine dauerhafte Verbindung zwischen der Schleifauflage und der Trägerplatte gewährleisten muss. Ein solcher Klebstoff hat daher vielfache Bedingungen zu erfüllen, insbesondere eine uneingeschränkte Festigkeit auch im Dauerbetrieb und bei hohen Temperaturen. Ferner erfordert die Befestigung der Schleifauflage mittels des Klebers auf der Trägerplatte eine ausreichende Aushärtung, was die Herstellung erheblich verzögert.
Die Schleifscheibenvorrichtung stellen im Wesentlichen einen Verbrauchs- oder Verschleißartikel dar, der nach Abnutzung der abrasiven Schleiffläche entsorgt werden muss. Weiterhin nachteilig können die bekannten Schleifscheibenvorrichtungen, die durch Verkleben der Schleifauflage und der Trägerplatte mit Klebstoff hergestellt sind, einem möglichen Recycling nur schwer oder gar nicht zugeführt werden.
Trotz der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen besteht daher ein Bedarf an Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Schleifscheibenvorrichtungen, die für unterschiedlichste Anwendungsarten geeignet sind und eine ausreichende Schleifleistung aufweisen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches, schnelles und effizientes Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem auf insbesondere energiesparende und ressourcenschonende Weise eine Schleifscheibenvorrichtung hergestellt werden kann, die höchste Schleifleistung bringt und ferner auf vereinfachte und kostengünstige Weise recycelt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Eine Schleifscheibenvorrichtung ist ferner Gegenstand des Anspruches 14. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät zur Verfügung. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Schleifauflage mit einer abrasiven Schleiffläche und einer der Schleiffläche gegenüberliegenden Verbindungsfläche bereitgestellt. Ferner wird ein Trägerteller mit einer Tragefläche zur tragenden Aufnahme der Schleifauflage bereitgestellt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Schleifauflage und der Trägerteller mittels Reibschweißen miteinander verbunden. Hierzu werden die Schleifauflage und der Trägerteller in eine Reibschweißvorrichtung eingebracht und dort eingespannt, so dass die Verbindungsfläche der Schleifauflage und die Tragefläche des Trägertellers einander zugewandt sind. In wenigstens einem ersten Teilschritt des Reibschweißens werden die Verbindungsfläche und die Tragefläche zumindest abschnittsweise in Kontakt gebracht. Die eingespannte Schleifauflage und der eingespannte Trägerteller werden in wenigstens einem zweiten Teilschritt des Reibschweißens relativ zueinander bewegt und gleichzeitig mit einer vorgegebenen Anpresskraft aneinander angepresst. Die Schleifauflage und der Trägerteller werden durch wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche und der Tragefläche miteinander verschweißt.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann somit vorteilhaft eine Schleifscheibenvorrichtung hergestellt werden, bei der die Schleifauflage mit ihrer Verbindungsfläche - zumindest abschnittsweise - direkt und unmittelbar an der Tragefläche des Trägertellers befestigt, nämlich stoffschlüssig bzw. materialschlüssig mit dieser verbunden ist. Der zumindest abschnittsweise Materialschluss bzw. Stoffschluss wird durch den Reibschweißvorgang erzeugt, indem wenigstens an Kontaktstellen zwischen der Verbindungsfläche und der Tragefläche durch die relative Bewegung und den Anpressdruck eine derart ausreichende Reibung erzeugt wird, die eine Erwärmung und Plastifizierung von Material an den Kontaktstellen herbeiführt und schließlich den Stoffschluss bewirkt. Im weitesten Sinne kann somit darunter auch verstanden werden, dass die Schleifauflage und der Trägerteller durch materialschlüssiges Fügen zu der Schleifscheibenvorrichtung miteinander verbunden werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schleifscheibenvorrichtung weist besonders vorteilhaft eine verbesserte, enorm hohe Schleifleistung auf, da die direkte Anbindung der Schleifauflage an dem Trägerteller sehr stabil ist und die stoffschlüssige Verbindung eine hohe Festigkeit aufweist. Dies führt zu einer insgesamt harten Schleifscheibenvorrichtung, insbesondere zu einer stabilisierten Schleiffläche mit großer Härte. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schleifscheibenvorrichtung kann dadurch vorteilhaft unter Vermeidung störender Vibrationen, nämlich besonders vorteilhaft vibrationsfrei in einem Schleifgerät rotierend betrieben werden. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft aus, da solche Schleifgeräte mit hohen Drehzahlen, beispielweise in einem Bereich von 10.000 bis 15.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden und die Vermeidung von Vibrationen bei derartig hohen Drehzahlen zu einem insbesondere sicheren und effizienten Betrieb führt.
Unter einer Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät ist vorliegend im Wesentlichen eine Schleifscheibe mit Trägerteller zu verstehen, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Schleifkörper zu sehen ist, der ebenso als Schleifwerkzeug oder Schleifteller bzw. als getragene oder gehalterte oder unterstützte Schleifscheibe bezeichnet werden kann, und der für eine insbesondere rotierende Oberflächenbearbeitung bzw. Oberflächenfeinbearbeitung ausgelegt und zur Verwendung in einem entsprechend rotierend angetriebenen Schleifgerät bzw. einer derartigen Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Schleifmaschine, insbesondere einem Winkelschleifer, eingerichtet ist.
Der Trägerteller kann vorliegend auch als Trägerplatte bezeichnet werden und ist im Wesentlichen auch als Stützkörper, Stützteller oder Stützplatte zu verstehen. Als Schleifauflage wird im Sinne der Erfindung ein im Wesentlichen dünnes, nichtselbsttragendes flaches oder flächiges, scheibenartiges Element bzw. eine dünne, flache oder flächige, scheibenartige Struktur mit einer ersten Seite oder Seitenfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Seite oder Seitenfläche verstanden. Die erste Seitenfläche bildet die Verbindungsfläche, welche direkt und unmittelbar mit dem Trägerteller verbunden wird und die gegenüberliegende zweite Seitenfläche bildet die im verbundenen Zustand nach außen orientierte und eine Unterseite der Schleifscheibenvorrichtung definierende Schleiffläche.
Die Schleifauflage kann aus einem einzigen Teil bestehen oder aber aus mehreren zusammengesetzten Teilen, die zusammen die flache oder flächige, scheibenartige Struktur bilden. Die Verbindungsfläche und die Schleiffläche können nach dem vorliegenden Verständnis daher beispielsweise auch als nicht-plane Flächen ausgebildet sein und zum Beispiel Stufen bzw. Abstufungen, Versatzkanten oder Vorsprungsbereiche aufweisen, die gegebenenfalls entstehen können, wenn mehrere Teile in einer vorzugsweise fächerartigen Anordnung zu einer flachen Struktur zusammengeordnet sind.
Eine Reibschweißvorrichtung im Sinne der Erfindung ist eine geeignete, dem Fachmann bekannte Vorrichtung oder Anlage zur Durchführung des Reibschweißverfahrens, wobei die Vorrichtung zumindest zwei Werkstückaufnahmen umfasst, in die die zu verbindenden Werkstücke, nämlich der Trägerteller und die Schleifauflage eingebracht und dort haltend und fest eingespannt werden können. Dabei ist eine der Werkstückaufnahmen feststehend, während die andere beweglich, beispielsweise schwingbeweglich oder rotierend gelagert ist. Gegebenenfalls sind bei den Werkstückaufnahmen noch entsprechende Adapter oder Einsätze vorgesehen, um die Werkstücke fest in der Werkstückaufnahme zu haltern.
Wie oberhalb bereits erläutert ist mit dem vorliegenden Verfahren die Herstellung der Schleifscheibenvorrichtung vorteilhaft auf schnelle und insbesondere energiesparende Weise möglich, da bei dem Reibschweißen gemäß dem vorliegenden Verfahren nur an den Kontaktstellen zwischen der Verbindungsfläche und der Tragefläche Wärme erzeugt werden muss, nämlich nur dort, wo die Wärme für die Plastifizierung des Materials zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung benötigt wird, wobei die erforderliche Wärme durch Reibung generiert wird. Gleichzeitig wird bei dem Reibschweißen die Verbindung vorteilhaft mit einer enorm hohen Festigkeit ausgebildet. Durch den Reibschweißprozess gemäß dem vorliegenden Verfahren ist die Verbindung mit der entsprechenden Festigkeit in kurzer Zeit, nämlich im Sekundenbereich, insbesondere innerhalb einer oder höchstens weniger Sekunden hergestellt. Da die Schleifauflage und der Trägerteller mit dem vorliegenden Verfahren ohne dazwischenliegende Schicht, insbesondere ohne dazwischen angebrachten Klebstoff oder Haftvermittler miteinander verbunden werden, kann eine Schleifscheibenvorrichtung mit höchsten Schleifleistungen schnell, energiesparend und ressourcenschonend hergestellt werden.
Weitere Vorteile bringt das vorliegende Verfahren dadurch mit sich, dass es gut automatisierbar und höchst präzise ist und eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist und dass es für Trägerteller und Schleifauflagen unterschiedlichster Arten geeignet ist. Insbesondere sind bei dem Verfahren vielfältige Werkstoffkombinationen möglich, das heißt, es können verschiedene Arten von Trägertellern verwendet werden, die sich hinsichtlich ihrer Materialien unterscheiden, da für den Reibschweißprozess gemäß dem vorliegenden Verfahren eine umfangreiche Palette verschiedener Materialien einsetzbar ist. Grundsätzlich eignet sich für den Reibschweißprozess eine breite Palette von Metallen, Metalllegierungen aber auch Kunststoffe, insbesondere polymere Kunststoffe, zum Beispiel thermoplastische Polymere (Thermoplasten).
Ganz besondere Vorteile ergeben sich durch das vorliegende Verfahren auch für eine am Ende des Nutzungs- bzw. Gebrauchszyklus erforderliche Entsorgung bzw. für ein mögliches Recycling. Durch gezielte Temperatureinwirkung auf die Schleifscheibenvorrichtung, insbesondere durch kurzzeitige Wärme- oder Hitzebehandlung, können bei der gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Schleifscheibenvorrichtung die Schleifauflage und der Trägerteller wieder voneinander getrennt werden, insbesondere rückstandslos. Vorteilhaft kann hierdurch der Trägerteller einem geeigneten Recycling-Prozess, vorzugsweise einem Recycling für sortenreine Materialien zugeführt werden. Aufgrund der abschnittsweisen stoffschlüssigen Verbindungen zwischen Trägerteller und Schleifauflage, welche insbesondere auf den Bereich der Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen beschränkt ist, reicht hierbei beispielsweise eine nur kurzzeitige Hitzebehandlung aus, so dass die Trennung von Schleifauflage und Trägerteller vorteilhaft mit geringem energetischen Aufwand möglich ist. Die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellte Schleifscheibenvorrichtung, welche schließlich als Verbrauchsartikel, insbesondere auch als Massenartikel verstanden wird, ist daher auch umweltfreundlicher und ressourcenschonender.
Grundsätzlich wird bei dem vorliegenden Verfahren während des Reibschweißprozesses die relative Bewegung zwischen der Schleifauflage und dem Trägerteller abgestoppt, vorzugsweise abrupt und sehr schnell, z.B. innerhalb von Sekundenbruchteilen, und zwar sobald die Plastifizierung von Material einsetzt und/oder ausreichend ist. Beispielsweise erfolgt das Abstoppen durch einen gezielten, gesteuerten Bremsvorgang, vorzugsweise innerhalb einer Zeit von rund 60 bis 900 Millisekunden, insbesondere innerhalb einer Zeit von rund 100 bis 500 Millisekunden.
Bevorzugt wird bei dem vorliegenden Verfahren nach dem zweiten Teilschritt in dem Reibschweißprozess wenigstens ein dritter Teilschritt durchgeführt, bei dem die relative Bewegung zwischen der Schleifauflage und dem Trägerteller abgestoppt wird, während das Aneinanderpressen der Schleifauflage und des Trägertellers mit gleichbleibender Anpresskraft aufrechterhalten oder mit erhöhter Anpresskraft fortgeführt wird.
Vorteilhaft wird durch das Reibschweißen die wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche und der Tragefläche zumindest an vorgesehenen Kontaktflächen der Tragefläche des Trägertellers durch Erwärmung und Plastifizierung von Material an den Kontaktflächen der Tragefläche hergestellt. Vorzugsweise wird noch unter Anwendung des Anpressdrucks ein Abkühlen erlaubt, bis das plastifizierte Material abgekühlt und ausgehärtet ist, so dass die stoffschlüssige Verbindung an den Kontaktflächen, welche auch als Kontaktstellen bezeichnet werden können, hinreichende Festigkeit aufweist.
Bevorzugt ist bei dem vorliegenden Verfahren die Schleifauflage feststehend eingespannt und der Trägerteller ist bewegbar in der Reibschweißvorrichtung eingespannt, wobei der Trägerteller in Bewegung versetzt und während der Bewegung mit seiner Tragefläche gegen die Verbindungsfläche der Schleifauflage gedrückt und an diese angepresst wird.
Der Schweißprozess, insbesondere das Reibschweißen kann auch in die folgenden Phasen unterteilt werden. In einer Anreibphase wird das eine Werkstück, insbesondere der Trägerteller in Bewegung gebracht und gleichzeitig mit seiner Tragefläche gegen das andere Werkstück, insbesondere gegen die Verbindungsfläche der Schleifauflage, mit dem definierten Anpressdruck gepresst. In der Reibphase erwärmen sich - aufgrund der durch die Relativbewegung und den gleichzeitigen Druck bedingten Reibung - die Kontaktflächen bzw. Berührungsflächen, wodurch Material an den Kontaktflächen erwärmt und aufgrund der Erwärmung plastifiziert wird.
Daran anschließend kann eine Stauchphase oder Fügephase definiert werden, in der die Relativbewegung abgestoppt bzw. beendet wird, der Anpressdruck jedoch beibehalten oder noch einmal erhöht wird, so dass das plastifizierte Material bzw. der plastifizierte Werkstoff den Trägerteller und die Schleifauflage verbindet. In der Haltephase werden Trägerteller und Schleifauflage noch unter Anpressdruck gehalten, bis das erwärmte Material wieder abgekühlt und ausgehärtet ist.
Das Verfahren ist dabei insgesamt ein einfacher Prozess, der die Herstellung der Schleifscheibenvorrichtung präzise reproduzierbar und vor allem schnell und energiesparend erlaubt.
Das Reibschweißverfahren zum Verschweißen der Schleifauflage und des Trägertellers kann gemäß der Erfindung ein Vibrationsschweißen, ein Linearreibschweißen, ein Orbitalreibschweißen oder ein Rotationsreibschweißen sein. Auch Ultraschall-Schweißen, welches gemäß allgemeiner Definition in die Gruppe der Reib-Schweißungen eingeteilt bzw. eingeordnet ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung zum stoffschlüssigen Verbinden des Trägertellers mit der Schleifauflage angewandt werden.
Je nach Reibschweißverfahren ist die Bewegung oder der Bewegungsablauf bzw. eine Bewegungskinematik bei der Bewegung der Werkstücke relativ zueinander unterschiedlich, ebenso wie die Bewegungsfrequenz und die Bewegungsamplitude. Die Bewegung der Werkstücke relativ zueinander kann vorliegend auch als Schwingung verstanden, insbesondere als Schwingung mit einer Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude.
Beim Ultraschall-Schweißen wird zum Beispiel die Verschweißung durch hochfrequente mechanische Schwingungen im Bereich von etwa 20 bis 35 kHz erreicht, die in der so genannten Fügezone Molekular- und Grenzflächenreibung verursachen, nämlich an den Kontaktstellen zwischen der Verbindungsfläche der Schleifauflage und der Tragefläche des Trägertellers. Im vorliegenden Verständnis sind die hochfrequenten mechanischen Schwingungen beim Ultraschall-Schweißen als Relativbewegungen zwischen den Werkstücken zu verstehen, ein beim Ultraschall-Schweißen aufzuwendender Fügedruck wird als Anpressdruck verstanden. Durch die Molekular- und Grenzflächenreibung entsteht die zum Schweißen notwendige Wärme, wodurch wiederum Material plastifiziert und dadurch schließlich der Stoff- bzw. Materialschluss bewirkt wird. Besonders bevorzugt kann das Ultraschall-Schweißen bei dem vorliegenden Verfahren angewandt werden, wenn beispielsweise die zu verbindenden Flächen, nämlich die Verbindungsfläche der Schleifauflage und die Tragefläche des Trägertellers, aus gleichen Materialien gefertigt sind, beispielsweise auch aufgrund entsprechender Beschichtungen.
Im Falle des Vibrations- oder Linearreibschweißen wird beispielsweise der Trägerteller relativ zur Schleifauflage linear bewegt. Diese Linearbewegung kann auch als Vibration oder als lineares Schwingen bezeichnet werden. Die Linearbewegung wird dabei mit einer bestimmten Frequenz, sowie mit einer vorgegebenen, definierten bzw. einstellbaren Bewegungsamplitude oder Schwingweite durchgeführt.
Im Falle eines Orbitalreibschweißen wird beispielsweise der Trägerteller relativ zur Schleifauflage mittels einer Kreisschwingbewegung bewegt, wobei die Kreisschwingbewegung im Wesentlichen eine einen Teilkreisbogen beschreibende Bewegung ist, die auch als Zirkularbewegung verstanden werden kann. Das Orbitalreibschweißen kann auch als Zirkularreibschweißen verstanden werden. Auch die Kreisschwingbewegung wird dabei mit einer bestimmten Frequenz, sowie mit einer vorgegebenen, definierten bzw. einstellbaren Bewegungsamplitude oder Schwingweite durchgeführt.
Bei dem Rotationsreibschweißen, welches vorliegend auch als rotatives Vibrationsreibschweißen bezeichnet werden kann, wird insbesondere der Trägerteller mittels einer Rotationsbewegung relativ zu der Schleifauflage bewegt, nämlich rotiert. Die Rotationsbewegung erfolgt hierbei mit einer vorgegebenen, definierten bzw. einstellbaren Umdrehungszahl.
Besonders bevorzugt wird gemäß dem vorliegenden Verfahren beim Rotationsreibschweißen die Rotationsbewegung mit einer Drehzahl in einem Bereich von rund 1000 bis 7000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise in einem Bereich von rund 1300 bis 5000 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt in einem Bereich von rund 1500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von rund 2000 bis 2500 Umdrehungen pro Minute und ganz besonders bevorzugt mit einer Drehzahl von rund 1800, rund 1900 oder rund 2100 Umdrehungen pro Minute durchgeführt.
Die Drehzahl ist jeweils gewählt in Abhängigkeit von dem zur Fertigung des Trägertellers verwendeten Materials sowie abhängig von einem Durchmesser des Trägertellers. Hierbei gilt beispielsweise, dass bei einer höheren PlastifizierungsTemperatur des jeweiligen Materials des Trägertellers auch die Rotationsbewegung bei höheren Drehzahlen durchgeführt wird. Ebenso wird beispielsweise die Drehzahl bei Trägerteller mit kleinerem Durchmesser höher gewählt als bei Trägertellern mit größerem Durchmesser.
Weiterhin bevorzugt werden bei dem vorliegenden Verfahren die Schleifauflage und der Trägerteller mit einer Anpresskraft von höchstens 30 kN, bevorzugt von höchstens 20 kN und besonders bevorzugt von höchstens 10 kN aneinander angepresst. Insbesondere bevorzugt ist die Anpresskraft dabei kleiner als 5kN. Der bei dem Reibschweißverfahren aufzuwendende Anpressdruck liegt dabei vorteilhaft in einem derartigen Größenbereich, dass die Gefahr einer Zerstörung der abrasiven Schleiffläche der Schleifauflage vermieden wird. Insbesondere ist das vorliegende Verfahren daher auch schleifmittelschonend, da die abrasive Schleiffläche bzw. das Schleifmittel, insbesondere die Schleifkörnung nicht durch hohen Druck und langanhaltende hohe Temperaturen beschädigt oder zerstört wird, sondern vielmehr geschont wird. Auch für die Anpresskraft gilt, dass diese bevorzugt in Abhängigkeit des Materials des Trägertellers und/oder in Abhängigkeit des Materials der Schleifauflage und/oder in Abhängigkeit des Durchmessers des Trägertellers eingestellt wird.
Das Reibschweißen erfolgt vorzugsweise gesteuert, wobei insbesondere einer oder mehrere verschiedene Parameter, umfassend eine Frequenz der Bewegung, Amplitude der Bewegung, Dauer der Bewegung, Bremsvorgang, Anpresskraft oder Anpressdauer gesteuert und/oder kontrolliert werden und wobei die Steuerung insbesondere in Abhängigkeit von den Materialien der Verbindungsfläche der Schleifauflage und/oder der Tragefläche des Trägertellers durchgeführt wird.
Bevorzugt wird als Schleifauflage eine flache, kreisförmige Schleifscheibe, insbesondere Schmirgelscheibe bereitgestellt. Dabei kann die Schleifauflage vorzugsweise durch eine herkömmliche, käuflich zu erwerbende Schleifscheibe gebildet sein, welche in der Regel aus einem Träger bzw. Trägermaterial und einem darauf aufgebrachten Schleifmittel besteht, wobei als Trägermaterial grundsätzlich verschiedene Materialien in Frage kommen, solange sich diese für den Reibschweißprozess eignen. Das Schleifmittel kann beispielsweise eine Schleifkörnung bzw. Körnung beliebigen Materials sein, solange die Körnung für Schleifprozesse geeignet ist. Diejenige Seite des Trägers, die mit dem Schleifmittel beladen ist, stellt dabei die Schleiffläche dar und die gegenüberliegende, unbeladene Seite des Trägers stellt die Verbindungsfläche dar. Die Verbindungsfläche ist bei diesen Ausführungsformen daher im Wesentlichen aus dem Trägermaterial der Schleifscheibe gebildet.
Gemäß alternativer Ausführungsvarianten des vorliegenden Verfahrens kann als Schleifauflage eine aus Schleiflamellen zusammengesetzte Schleifauflage bereitgestellt werden, wobei die Schleiflamellen beispielsweise fächerförmig zu der flachen Struktur der Schleifauflage angeordnet sind.
Um bei dem vorliegenden Verfahren die dünne, flache, beispielsweise flexible und nicht-starre, scheibenförmige Schleifauflage bzw. die aus Schleiflamellen zusammengesetzte Schleifauflage sicher und fest in der Reibschweißvorrichtung einzuspannen, kann die Schleifauflage bevorzugt vor dem Einspannen oder beim Einspannen mit einem geeigneten Adapter-, Träger- oder Haltestück verbunden werden. Gegebenenfalls kann hierbei auch ein aus einem Adapter-, Träger- oder Haltestück aus einem weichen oder elastischen Material verwendet werden, um die abrasive Schleiffläche der Schleifauflage bzw. das Schleifmittel, insbesondere die Schleifkörnung zu schonen. Alternativ kann hierzu auch zusätzlich zu dem Adapter-, Träger- oder Haltestück ein dämpfendes oder bettendes Element zum Bedecken bzw. Schützen der abrasiven Schleiffläche verwendet werden.
Als Trägerteller wird bevorzugt ein aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Polymer hergestellter Trägerteller bereitgestellt. Beispielsweise kann der Trägerteller aus einem thermoplastischen Terpolymer bestehen. Ebenso kann der Trägerteller aus einem verstärkten, insbesondere glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoff bestehen.
Der Trägerteller kann jedoch auch aus anderen Materialien, insbesondere aus anderen Kunststoffen gefertigt sein, beispielsweise aus Biokunststoffen, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, sofern diese Materialien, insbesondere Kunststoffe, für Reibschweißprozesse geeignet sind und gleichzeitig die an einen Trägerteller einer Schleifscheibenvorrichtung gerichteten Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Härte, Stabilität und Druckfestigkeit erfüllen.
Der in dem Verfahren bereitgestellte, verwendete Trägerteller kann dabei durch verschiedene Herstellungsprozesse bzw. Fertigungsverfahren gefertigt sein, beispielsweise mittels spanender oder formender Fertigungsverfahren, zum Beispiel mittels Pressformen oder mittels Spritzgießen.
Der verwendete Trägerteller kann vorteilhaft auch ein einstückig mit einem Nabenteil ausgebildeter Trägerteller sein. Gegebenenfalls kann in dem Nabenteil ein Innengewinde zur Befestigung der Schleifscheibenvorrichtung auf einer Antriebswelle des Schleifgerätes geformt sein. Sowohl bei Trägertellern ohne Nabenteil als auch bei Trägertellern mit Nabenteil können über den Umfang des Trägertellers verteilt Schlitze für den Durchtritt von Kühlluft eingearbeitet sein. Alternativ oder additiv kann das Nabenteil auch mit entsprechenden Kühlluftdurchtrittsschlitzen ausgestattet sein.
Um die Stabilität, insbesondere die Formstabilität und/oder Steifigkeit der Schleifscheibenvorrichtung zusätzlich zu verbessern, können in dem vorliegenden Verfahren Trägerteller verwendet werden, die optional und vorzugsweise an einer der Tragefläche gegenüberliegenden Oberseite Versteifungsstrukturen aufweisen, welche beispielsweise in Form von Ringrippen ausgebildet sein können. Ferner können alternativ oder additiv in dem verwendeten Trägerteller Strukturen vorgesehen sein, die schließlich zur Verbesserung der Elastizität der hergestellten Schleifscheibenvorrichtung führen, insbesondere zur Verbesserung der Elastizität während der Anwendung beim Schleifen. Solche Strukturen können beispielsweise in Form von Ringnuten ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt kann auch ein Trägerteller mit einer bombiert geformten Tragefläche in dem Verfahren bereitgestellt und verarbeitet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise auch die Schleifauflage beim Einspannen in eine entsprechende, mit der Tragefläche des Trägertellers korrespondierende bzw. dazu komplementäre Form oder Konfiguration gebracht, beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Adapters. Vorteile ergeben sich hierbei darüber, dass in der so hergestellten Schleifscheibenvorrichtung deren Schleiffläche, nämlich die Schleiffläche der mit dem Trägerteller verbundenen Schleifauflage bombiert ausgebildet ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Schleiffläche nicht eben oder plan in einer Ebene verläuft, sondern eine Wölbung bzw. Krümmung aufweist. Beispielsweise wölbt sich die Schleiffläche in einer radialen Richtung, ausgehend von einem Rand der Schleifscheibenvorrichtung in Richtung zur Mitte hin, und zwar beispielsweise mit einem Steigungswinkel in einem Bereich von etwa 3° bis 10°, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 4° bis 7° und besonders bevorzugt von rund 5°.
Ganz besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass ein Trägerteller bereitgestellt wird, dessen Tragefläche profiliert ausgebildet ist und insbesondere über Vorsprünge verfügt. Die Vorsprünge stellen dabei die Kontaktflächen zur Verfügung bzw. bilden die Kontaktflächen, die mit der Verbindungsfläche der Schleifauflage in Berührung stehen und an denen es beim Reibschweißen während der Bewegung des Trägertellers relativ zu der Schleifauflage zur Plastifizierung des Materials kommt.
Derartige Vorsprünge in der profilierten Tragefläche des Trägertellers können beispielsweise noppenartige, stegartige, federartige oder rippenartige Vorsprünge bzw. Erhebungen sein. Die Vorsprünge können dabei beispielsweise als pyramidenstumpfförmige oder kegelstumpfförmige Vorsprünge ausgebildet sein oder auch als Ringrippen oder Spiralrippen oder als vorstehende spiralförmige Vorsprünge bzw. Erhebungen. Bevorzugt sind die Vorsprünge dabei über die Verbindungsfläche des Trägertellers, nämlich über die gesamte Oberfläche der Verbindungsfläche verteilt angeordnet, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet. Insbesondere wird darüber sichergestellt, dass die Kontaktflächen für die stoffschlüssige Verbindung mit der Schleifauflage und damit einhergehend auch die Stellen der stoffschlüssigen Verbindungen mit der Schleifauflage flächendeckend über die gesamte Fläche der Verbindungsfläche verteilt sind, so dass die Verbindung besonders sicher und fest ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Schleifscheibenvorrichtung für ein Schleifgerät aufweisend zumindest eine Schleifauflage und einen mit der Schleifauflage fest verbundenen Trägerteller. Der Trägerteller weist zumindest eine Tragefläche auf, über die der Trägerteller mit der Schleifauflage verbunden ist. Ebenso weist die Schleifauflage zumindest eine Verbindungsfläche auf, über die die Schleifauflage mit der Tragefläche des Trägertellers verbunden ist. Die Schleifauflage bildet ferner zumindest eine der Verbindungsfläche gegenüberliegende und dem Trägerteller abgewandte, abrasive Schleiffläche. Die Schleifscheibenvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Schleifauflage und der Trägerteller mittels Reibschweißen miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsfläche der Schleifauflage und die Tragefläche des Trägertellers wenigstens abschnittsweise miteinander verschweißt sind und dadurch mehrere Verbindungsstellen zwischen der Tragefläche des Trägertellers und der Verbindungsfläche der Schleifauflage ausgebildet sind. Der Trägerteller und die Schleifauflage sind dabei an den Verbindungsstellen stoffschlüssig miteinander verbunden.
Durch die an mehreren Verbindungsstellen stoffschlüssig mit dem Trägerteller verbundene Schleifauflage weist die vorliegende Schleifscheibenvorrichtung besonders vorteilhaft höchste Schleifleistung auf, da die Anbindung der Schleifauflage an dem Trägerteller unmittelbar und direkt und damit ausgenommen stabil und fest ist. Die mehreren Verbindungsstellen, die vorteilhaft über die gesamte Oberfläche der Verbindungsfläche bzw. der Tragefläche gleichmäßig verteilt sind, resultieren in einer Befestigung mit flächiger Verbindungswirkung. Dies führt zu einer insgesamt härteren Schleifscheibenvorrichtung, insbesondere zu einer stabilisierten Schleiffläche mit größerer Härte. Die erfindungsgemäße Schleifscheibenvorrichtung kann dadurch vorteilhaft unter Vermeidung störender Vibrationen, nämlich besonders vorteilhaft vibrationsfrei in einem Schleifgerät rotierend betrieben werden. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft aus, da solche Schleifgeräte mit hohen Drehzahlen, beispielweise in einem Bereich von 10.000 bis 15.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden und die Vermeidung von Vibrationen bei derartig hohen Drehzahlen zu einem insbesondere sicheren und effizienten Betrieb führt.
Die vorliegende Schleifscheibenvorrichtung ist über ein Verfahren, wie es oberhalb im Detail beschrieben ist, herstellbar bzw. hergestellt. Sämtliche im Zusammenhang mit dem oberhalb erläuterten Verfahren bereits genannten Vorteile hinsichtlich der mit diesem Verfahren hergestellten Schleifscheibenvorrichtung treffen daher selbstredend auch auf die erfindungsgemäße Schleifscheibenvorrichtung zu. An dieser Stelle wird deshalb ausdrücklich auf die diesbezüglich bereits oberhalb genannten Vorteile verwiesen.
Bevorzugt sind die Verbindungsstellen gleichmäßig verteilt über die Tragefläche des Trägertellers angeordnet. Insbesondere bevorzugt ist die Tragefläche des Trägertellers profiliert ausgebildet, wobei dazu an der Tragefläche mehrere, jeweilige Kontaktflächen bildende Vorsprünge vorgesehen sind. Die Verbindungsstellen zwischen der Tragefläche des Trägertellers und der Verbindungsfläche der Schleifauflage sind hierbei im Bereich der Kontaktflächen ausgebildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schleifscheibenvorrichtung recycelbar, wobei hierzu die Schleifauflage und der Trägerteller durch gezielte Temperaturbehandlung trennbar sind. Die gezielte Temperaturbehandlung ist vorzugsweise eine kurzzeitige, gerichtete bzw. gezielte Erwärmung bzw. Erhitzung. Insbesondere kann dadurch das Material des Trägertellers einem Wiederverwertungsprozess, beispielsweise einem Recycling sortenreiner Materialien, zugeführt werden.
Figurenliste
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 einen Schnitt durch die Schleifscheibenvorrichtung der 1;
3 eine perspektivische Ansicht der Schleifscheibenvorrichtung der 1;
4-6 eine alternative Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, wiederum in Draufsicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht;
7-9 eine weitere alternative Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Schleifauflage aus Schleiflamellen besteht, wiederum in Draufsicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht;
10-12 eine weitere alternative Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Schleifauflage aus Schleiflamellen besteht, und zwar in einer unterseitigen Ansicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht von unten;
13-15 eine weitere alternative Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Schleifauflage aus Schleiflamellen besteht, wiederum in einer unterseitigen Ansicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht von unten;
16-18 eine nochmals weitere Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, wiederum in Draufsicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht;
19-21 eine nochmals weitere Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung, wiederum in Draufsicht, in einer Schnittdarstellung und in einer perspektivischen Ansicht;
22 A - 22 D verschiedene Ausführungsvarianten eines Trägertellers mit profilierter Tragefläche in Draufsicht (A und B) bzw. ausschnittsweise im Schnitt (C und D) und
23 eine nochmals weitere Ausführungsform der Schleifscheibenvorrichtung gemäß der Erfindung in Draufsicht auf die Oberseite.

Wege zur Ausführung der Erfindung
Allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass die Schleifscheibenvorrichtung 10 einen im Wesentlichen kreisförmigen Trägerteller 12 umfasst, der mit einer abrasiven Schleifauflage 14 bestückt ist, derart, dass die Schleifauflage 14 und der Trägerteller 12 ohne Zwischenschicht direkt und unmittelbar miteinander verbunden sind. Diejenige Seite der Schleifscheibenvorrichtung 10, auf der die abrasive Schleifauflage 14 angeordnet ist, stellt eine Unterseite U der Schleifscheibenvorrichtung 10 dar, welcher eine durch den Trägerteller 12 definierte Oberseite O gegenüberliegt. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 23 in einer Draufsicht auf die Oberseite O der Schleifscheibenvorrichtung 10 dargestellt, welche den Trägerteller 12 und die direkt damit verschweißte Schleifauflage 14 umfasst, wobei der Trägerteller 12 in dem Beispiel der 23 optional mit einem Nabenteil 18 ausgestattet ist.
Die Schleifscheibenvorrichtung 10 - und zwar in allen dargestellten Ausführungsvarianten - ist mittels des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, wobei der zur Verwendung in dem Verfahren bereitgestellte Trägerteller 12 sowie die zur Verwendung in dem Verfahren bereitgestellte Schleifauflage 14 bei dem Verfahren mittels Reibschweißen miteinander verschweißt sind, so dass Trägerteller 12 und Schleifauflage 14 bei der vorliegenden Schleifscheibenvorrichtung 10 wenigstens abschnittsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die stoffschlüssige Verbindung ist hierbei zwischen einer Verbindungsfläche F_V der Schleifauflage 14 und einer Tragefläche 12a des Trägertellers 12 hergestellt, und zwar insbesondere an mehreren, definierten Kontaktstellen dieser Flächen.
Im Folgenden wird zunächst anhand einer beispielhaften Ausführungsvariante des Verfahrens der Ablauf zur Herstellung der Schleifscheibenvorrichtung 10 beschrieben.
Bei dem Verfahren wird zunächst die Schleifauflage 14, beispielsweise eine als Vulkanfiberscheibe ausgebildete Schleifscheibe bereitgestellt, die eine abrasive Schleiffläche F_S in Form einer Schleifkörnung und eine der Schleiffläche F_S gegenüberliegende Verbindungsfläche F_V aufweist. Ferner wird der Trägerteller 12 mit Tragefläche 12a zur tragenden Aufnahme der Schleifauflage 14 bereitgestellt. Beispielsweise ist der Trägerteller 12 aus einem thermoplastischen Polymer, wie zum Beispiel Polyamid oder anderen Kunststoffen, gefertigt. Beide Werkstücke, nämlich Schleifauflage 14 und Trägerteller 12, werden in eine Reibschweißvorrichtung, vorzugsweise eine Rotationsreibschweißvorrichtung eingebracht und dort eingespannt, so dass die Verbindungsfläche F_V der Schleifauflage 14 und die Tragefläche 12a des Trägertellers 12 einander zugewandt sind. Hierbei wird beispielsweise die Schleifauflage 14 feststehend an einer entsprechenden Werkstückaufnahme eingespannt, vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Adapterstücks unter Schonung der Schleifkörnung, und der Trägerteller 12 wird rotierbar eingespannt und zwar in einer entsprechenden, rotierbaren bzw. rotierend angetriebenen Werkstückaufnahme.
In wenigstens einem ersten Teilschritt des Reibschweißens werden die Verbindungsfläche F_V und die Tragefläche 12a zumindest abschnittsweise in Kontakt gebracht. Insbesondere ist hierzu die Tragefläche 12a des Trägertellers 12 profiliert ausgebildet und verfügt über mehrere Vorsprünge 15, die Kontaktflächen 13 zur Verfügung stellen (siehe dazu 22 A - 22 D). Der Trägerteller 12 wird vor, während oder nach dem abschnittsweisen „In-Kontakt-Bringen“ der Tragefläche 12a und der Verbindungsfläche F_V in Rotation versetzt, und zwar beispielsweise mit einer Umdrehungszahl von etwa 1900 Umdrehungen pro Minute.
Resultierend aus der rotierenden Bewegung des Trägertellers 12 und der feststehenden Positionierung der Schleifauflage 14 werden die eingespannte Schleifauflage 14 und der eingespannte Trägerteller 12 in wenigstens einem zweiten Teilschritt des Reibschweißens relativ zueinander bewegt, nämlich gegeneinander rotierend bewegt. Gleichzeitig wird in diesem zweiten Teilschritt des Reibschweißens der Trägerteller 12 mit einer vorgegebenen Anpresskraft an die feststehende Schleifauflage 14 angepresst. Durch die Reibung, die aufgrund der Rotation des Trägertellers 12 in Zusammenwirkung mit der Anpresskraft bzw. dem dadurch aufkommenden Anpressdruck an den Kontaktpunkten zwischen Trägerteller 12 und Schleifauflage 14 auftritt, nämlich insbesondere dort, wo die Kontaktflächen 13 des Trägertellers 12 an die Verbindungsfläche F_V der Schleifauflage 14 angepresst werden, entsteht Wärme bzw. Hitze, und zwar insbesondere punktuell an den besagten Kontaktpunkten bzw. in den Kontaktbereichen. Diese punktuelle Wärme bzw. Hitze führt in den Kontaktbereichen zur Plastifizierung von Material des Trägertellers 12, insbesondere von Material der Kontaktflächen 13 des Trägertellers 12. Beispielsweise setzt eine derartige, insbesondere ebenfalls punktuelle Plastifizierung ein, sobald Temperaturen von punktuell rund 250°C etwa 290°C, insbesondere 260°C bis 280°C erreicht werden. Je nach verwendetem Trägertellers 12 bestehen jedoch in Abhängigkeit des Materials des Trägertellers 12 Unterschiede in der Plastifizierungstemperatur, so dass bei dem Verfahren beispielsweise abhängig von dem Material des Trägertellers 12 die Rotationsgeschwindigkeit bzw. Umdrehungszahlen und/oder die Anpresskraft gesteuert eingestellt werden.
Sobald eine vorhandene Plastifizierung zu detektieren ist, wird bei dem Reibschweißen vorteilhaft in einem dritten Teilschritt die Rotation des Trägertellers 12 abgestoppt während das Anpressen des Trägertellers 12 an die Schleifauflage 14 mit gleichbleibender Anpresskraft aufrechterhalten oder mit erhöhter Anpresskraft fortgeführt wird. Das Abstoppen erfolgt dabei vorzugsweise sehr schnell bzw. abrupt, so dass der Trägerteller 12 innerhalb von zehntel Sekunden zum Stehen kommt. Das weitere „Halten“ in der Anpressposition, während dessen ein schnelles Abkühlen der punktuell erwärmten Bereiche sowie ein Aushärten des plastifizierten Materials stattfindet, unterstützt die korrekte und präzise Verbindung, die dabei mit ausreichender Festigkeit hergestellt wird.
Mit dem beschriebenen Reibschweißen werden die Schleifauflage 14 und der Trägerteller 12 somit durch wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche F_V und der Tragefläche 12a miteinander verschweißt
Das erfindungsgemäße Verfahren wird gesteuert und/oder geregelt durchgeführt, wobei einerseits mittels einer geeigneten Steuerung die Bewegungsfrequenz, insbesondere Rotationsgeschwindigkeit gesteuert einstellbar ist und zwar in Abhängigkeit des Materials der Werkstücke, insbesondere des Trägertellers 12. Ferner können die Bewegungsfrequenz, insbesondere Rotationsgeschwindigkeit und die Anpresskraft in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander eingestellt, insbesondere geregelt bzw. gesteuert werden, so dass zum Beispiel Überhitzungen vermieden werden. Additiv oder alternativ kann mittels geeigneter Steuerung die Bewegung bzw. Rotation und/oder das Abstoppen, nämlich Bremsen beispielsweise zeitabhängig, temperaturabhängig oder abhängig von einer detektierten einsetzenden Plastifizierung des Materials der Tragefläche 12a gesteuert bzw. geregelt werden. Dies kann beispielsweise basierend auf Zeitmessungen oder Messungen der Temperatur, Härte, oder Viskosität des Materials an der Tragefläche 12a oder Messung der Reibungskraft erfolgen.
Im Folgenden werden die verschiedenen Ausführungsvarianten der gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Schleifscheibenvorrichtung 10 mehr im Detail beschrieben. Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist der bereitgestellte Trägerteller 12 mittels Spritzgießen gefertigt und besteht aus Kunststoff, beispielsweise ABS, da dieses Material eine ausreichende Elastizität besitzt, sowie eine lange Lebensdauer hat. Für den Trägerteller 12 können alternativ jedoch auch andere spritzbare Kunststoffe verwendet werden, wie zum Beispiel Polyamid, insbesondere Polyamid PA6, ganz besonders bevorzugt glasfaserverstärktes Polyamid mit beispielsweise 30% Glasfaseranteil, wie z.B. PA6-GF30. Die die Verbindungsfläche F_V und die Schleiffläche F_S aufweisende Schleifauflage 14 besteht in dem Beispiel der 1-3 aus einer flachen, kreisförmigen Schmirgelscheibe 16.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist an der Oberseite O der Schleifscheibenvorrichtung 10 einstückig mit dem Trägerteller 12 ein Nabenteil 18 ausgebildet, von dem radial nach außen Ventilationsrippen 20 abstehen. Diese sorgen bei den im Betrieb der Schleifscheibenvorrichtung 10 erzeugten Drehzahlen für einen ausreichenden Kühlluftstrom über die Fläche der Trägerplatte 12.
Wie die 2 und 3 zeigen, weist das Nabenteil 18 ein Innengewinde 22 auf, so dass der Trägerteller 12 auf einer Antriebswelle eines Schleifgerätes, insbesondere einer Schleifmaschine, wie zum Beispiel einem Winkelschleifer, befestigt werden kann.
Die im Wesentlichen ringförmige Schleifauflage 14, welche im Bereich des Nabenteils 18 eine zentrale Durchbrechung umfasst, weist eine ringförmige Verbindungsfläche F_V sowie eine ringförmige, durchgehende Schleiffläche F_S auf, wobei sich die ringförmigen Flächen über mehr als 90% der Gesamtfläche der Unterseite U der Schleifscheibenvorrichtung 10 erstrecken.
Zur weiteren, verbesserten Kühlung sind in dem Trägerteller 12 des dargestellten Beispiels über dessen Außenumfang bzw. über die Oberseite O verteilte Schlitze 24 eingearbeitet bzw. eingeformt, die für den Durchtritt von Kühlluft sowohl gegen die Verbindungsfläche F_V der Schleifauflage 14, welche auch als Innenfläche gesehen werden kann, als auch gegen das bearbeitete Werkstück sorgen. Die Kühlluftschlitze 24 sind entsprechend der aus DE 10 2016 102 037 B4 bekannten Lehre ausgearbeitet und werden hier nicht nochmals erläutert.
Die 4 bis 6 zeigen eine Variante, bei der abweichend von dem Beispiel der 1 bis 3 das mittlere Nabenteil 18 schalenförmig flach ausgebildet ist und keine Ventilationsrippen hat. In diesem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 ist die zentrale Durchbrechung der Schleifauflage 14 im Bereich des Nabenteils 18 größer als in dem Beispiel der 1 bis 3, so dass der Flächenanteil der ringförmigen, durchgehenden Verbindungsfläche F_V und Schleiffläche F_S an der Gesamtfläche der Unterseite U der Schleifscheibenvorrichtung 10 geringer ist als im Beispiel der 1 bis 3.
Bei der alternativen, ebenso bevorzugten Variante der 7 bis 9 besteht die Schleifauflage 14 aus fächerförmig angeordneten Schleiflamellen 26. Die fächerförmig angeordneten Schleiflamellen 26 bilden wiederum ein flache Schleifauflage 14 mit Verbindungsfläche F_V und Schleiffläche F_S, welche auch in dieser Ausführungsform aufgrund der Überlappungen der fächerförmig angeordneten Schleiflamellen 26 als jeweilige ringförmige, durchgehende Flächen ausgebildet sind.
In der Ausführungsform der 10 bis 12 hat das Nabenteil 18 ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 keine Ventilationsrippen. Auch fehlen bei diesem Ausführungsbeispiel die Luftschlitze am Außenumfang des Trägertellers 12.
Die 13 bis 15 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform mit einem ähnlich wie in dem Beispiel der 4 bis 6 ausgebildeten Trägerteller 12, wobei hier wie auch in dem Beispiel der 10 bis 12 die Schleifauflage 14 aus fächerförmig angeordneten Schleiflamellen 26 besteht, mit denen der Trägerteller 12 abschnittsweise verschweißt ist.
Schließlich zeigen die 16 bis 18 eine Ausführungsform mit einem Trägerteller 12, der am Außenumfang Kühlluftschlitze 24 für den Durchtritt von Kühlluft hat und bei dem auch die flache, etwa schüsselförmige Nabe 18 zusätzlich zu den Ventilationsrippen 20 Kühlluftdurchtrittsschlitze 28 für den Durchtritt von Kühlluft aufweist. Die Schleifauflage 14 besteht hier aus fächerförmig angeordneten Schleiflamellen 26.
In den 19 bis 21 ist ein Ausführungsbeispiel der Schleifscheibenvorrichtung 10 gezeigt, bei dem die Schleifauflage 14 durch eine Schleifscheibe bzw. Schmirgelscheibe 16 gebildet ist. Bei der Schleifscheibe handelt es sich um eine Vulkanfiberscheibe, bei der die Schleiffläche F_S durch ein gestreutes Schleifkorn-Schleifmittel gebildet ist.
Bei der Schleifscheibenvorrichtung 10 des Beispiels der 19 bis 21 ist das Nabenteil 18 mit Ventilationsrippen 20 sowie mit Innengewinde 22 ausgebildet. In dem Trägerteller 12 sind jedoch keine Kühlluftschlitze vorgesehen.
Zur zusätzlichen Verbesserung der Stabilität, Steifigkeit und Biegefestigkeit sind an der Oberseite O der Schleifscheibenvorrichtung 10 an dem Trägerteller 12 Versteifungsstrukturen ausgebildet, und zwar im dargestellten Beispiel in Form einer Ringrippe 30. Ferner ist eine Ringnut 32 vorgesehen, die der Verbesserung der Elastizität beim Schleifen dient.
In den 22 A bis 22 D sind verschiedene Ausführungsvarianten von Trägertellern 12 dargestellt, bei denen die Tragefläche 12a profiliert ausgebildet ist und die Trägerteller 12 dazu mit Vorsprüngen 15 ausgestattet sind. Die Vorsprünge 15 in der profilierten Tragefläche 12a des Trägertellers 12 stellen dabei jeweilige Kontaktflächen 13 für die stoffschlüssige Verbindung mit der Schleifauflage 14 bereit. Die Kontaktflächen 13 verlaufen dabei vorzugsweise in einer Vorsprungsebene E2, welche beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer Basisebene E1 der Tragefläche 12a orientiert ist. Es versteht sich, dass in Ausführungsvarianten, in denen der Trägerteller 12 bombiert ausgebildet ist und die Tragefläche 12a daher leicht gewölbt ist, auch die Kontaktflächen 13 in einer der Form der Tragefläche 12a korrespondierenden Wölbungsfläche angeordnet sind.
Die Vorsprünge 15 können, wie beispielhaft in 22B dargestellt, noppenartig ausgebildet sein. Die noppenartigen Vorsprünge 15 des dargestellten Beispiels sind gleichmäßig verteilt über die Tragefläche 12a angeordnet und weisen eine im Wesentlichen sechseckige Umfangform auf. Selbstverständlich können die noppenartigen Vorsprünge 15 auch beliebige andere Umfangsformen aufweisen und können z.B. auch pyramidenstumpfförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Im Beispiel der 22A sind die Vorsprünge 15 als Ringrippen ausgebildet. Alternativ können die Vorsprünge 15 auch stegartig, federartig oder rippenartig ausgebildet sein oder in Form vorstehender spiralförmiger Vorsprünge bzw. Erhebungen. Wie anhand der als Schnitt dargestellten Ausschnitte der 22 C und 22 D veranschaulicht wird, können Seitenflanken der Vorsprünge 15 im Wesentlichen senkrecht zur Basisebene E1 der Tragefläche 12a orientiert sein oder schräg zu dieser verlaufen.
Bezugszeichenliste

10: Schleifscheibenvorrichtung
12: Trägerteller
12a: Tragefläche
13: Kontaktflächen
14: Schleifauflage
15: Vorsprünge
16: Schleifscheibe oder Schmirgelscheibe
18: Nabenteil
20: Ventialtionsrippe
22: Innengewinde
24: Kühlluftschlitze
26: Schleiflamellen
28: Kühlluftdurchtrittsschlitze
30: Ringrippe
32: Ringnut
E1: Basisebene
E2: Vorsprungsebene
FS: Schleiffläche
FV: Verbindungsfläche
O: Oberseite
U: Unterseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6179887 B1 [0002]
DE 19650393 A1 [0002]
WO 2005/115716 A1 [0003]
DE 102016102037 B4 [0005, 0067]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibenvorrichtung (10) für ein Schleifgerät, bei dem zunächst eine Schleifauflage (14) mit einer abrasiven Schleiffläche (F_S) und einer der Schleiffläche (F_S) gegenüberliegenden Verbindungsfläche (F_S) bereitgestellt wird und bei dem ferner ein Trägerteller (12) mit einer Tragefläche (12a) zur tragenden Aufnahme der Schleifauflage (14) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) mittels Reibschweißen miteinander verbunden werden, wobei hierzu die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) in eine Reibschweißvorrichtung eingebracht und dort eingespannt werden, so dass die Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) und die Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) einander zugewandt sind, wobei in wenigstens einem ersten Teilschritt des Reibschweißens die Verbindungsfläche (F_S) und die Tragefläche (12a) zumindest abschnittsweise in Kontakt gebracht werden und wobei die eingespannte Schleifauflage (14) und der eingespannte Trägerteller (12) in wenigstens einem zweiten Teilschritt des Reibschweißens relativ zueinander bewegt werden und gleichzeitig mit einer vorgegebenen Anpresskraft aneinander angepresst werden und die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) durch wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche (F_S) und der Tragefläche (12a) miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Teilschritt des Reibschweißens wenigstens ein dritter Teilschritt durchgeführt wird, bei dem die relative Bewegung zwischen der Schleifauflage (14) und dem Trägerteller (12) abgestoppt wird, während das Aneinanderpressen der Schleifauflage (14) und des Trägertellers (12) mit gleichbleibender Anpresskraft aufrechterhalten oder mit erhöhter Anpresskraft fortgeführt wird.
Verfahren, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Reibschweißen die wenigstens abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung der Verbindungsfläche (F_S) und der Tragefläche (12a) zumindest an vorgesehenen Kontaktflächen (13) der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) durch Erwärmung und Plastifizierung von Material an den Kontaktflächen (13) der Tragefläche (12a) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifauflage (14) feststehend und der Trägerteller (12) bewegbar in der Reibschweißvorrichtung eingespannt sind, wobei der Trägerteller (12) in Bewegung versetzt und während der Bewegung mit seiner Tragefläche (12a) gegen die Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) gedrückt und an diese angepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) mittels Vibrationsschweißen, Linearreibschweißen, Orbitalreibschweißen, Rotationsreibschweißen oder mittels Ultraschall-Schweißen miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rotationsreibschweißen die Rotationsbewegung mit einer Drehzahl in einem Bereich von rund 1000 bis 7000 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt in einem Bereich von rund 1500 bis 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von rund 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute und ganz besonders bevorzugt mit einer Drehzahl von rund 1900 oder rund 2100 Umdrehungen pro Minute durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) mit einer Anpresskraft von höchstens 30 kN, bevorzugt von höchstens 20 kN, besonders bevorzugt von höchstens 10 kN und insbesondere bevorzugt von weniger als 5 kN aneinander angepresst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißen gesteuert erfolgt, wobei insbesondere einer oder mehrere verschiedene Parameter umfassend eine Frequenz der Bewegung, Amplitude der Bewegung, Dauer der Bewegung, Brems- oder Abstoppzeit, Anpresskraft oder Anpressdauer gesteuert und/oder kontrolliert werden und wobei die Steuerung insbesondere in Abhängigkeit von den Materialien der Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) und/oder der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schleifauflage (14) eine flache, kreisförmige Schleifscheibe, insbesondere eine Schmirgelscheibe (16) bereitgestellt wird oder dass als Schleifauflage (14) eine Fiberscheibe, insbesondere eine Vulkanfiberscheibe, vorzugsweise mit einer gestreuten Schleifkörnung als Schleifmittel, bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schleifauflage (14) eine aus Schleiflamellen (26) zusammengesetzte Schleifauflage (14) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerteller (12) ein aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Polymer hergestellter Trägerteller (12) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerteller (12) ein einstückig mit einem Nabenteil (18) ausgebildeter und/oder mit über den Umfang des Trägertellers (12) verteilten Schlitzen (24) ausgestatteter Trägerteller (12) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerteller (12) ein mit einer profilierten Tragefläche (12a) ausgestatteter Trägerteller (12) bereitgestellt wird, wobei der Trägerteller (12) im Bereich seiner Tragefläche (12a) mit Vorsprüngen (15) versehen ist.
Schleifscheibenvorrichtung (10) für ein Schleifgerät aufweisend zumindest eine Schleifauflage (14) und einen mit der Schleifauflage (14) fest verbundenen Trägerteller (12), wobei der Trägerteller (12) zumindest eine Tragefläche (12a) aufweist, über die der Trägerteller (12) mit der Schleifauflage (14) verbunden ist, wobei die Schleifauflage (14) zumindest eine Verbindungsfläche (F_S) aufweist, über die die Schleifauflage (14) mit der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) verbunden ist und wobei die Schleifauflage (14) zumindest eine der Verbindungsfläche (F_S) gegenüberliegende und dem Trägerteller (12) abgewandte, abrasive Schleiffläche (F_S) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) mittels Reibschweißen miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) und die Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) wenigstens abschnittsweise miteinander verschweißt sind und dadurch mehrere Verbindungsstellen zwischen der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) und der Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) ausgebildet sind, wobei der Trägerteller (12) und die Schleifauflage (14) an den Verbindungsstellen stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Schleifscheibenvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen zwischen der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) und der Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) gleichmäßig verteilt über die Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) angeordnet sind.
Schleifscheibenvorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) profiliert ausgebildet ist und dazu an der Tragefläche (12a) mehrere, jeweilige Kontaktflächen (13) bildende Vorsprünge vorgesehen sind, wobei die Verbindungsstellen zwischen der Tragefläche (12a) des Trägertellers (12) und der Verbindungsfläche (F_S) der Schleifauflage (14) im Bereich der Kontaktflächen (13) ausgebildet sind.
Schleifscheibenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibenvorrichtung (10) recycelbar ist, wobei hierzu die Schleifauflage (14) und der Trägerteller (12) durch gezielte Temperaturbehandlung trennbar sind.