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Die Erfindung betrifft einen Schleifkörper für die Schruppbearbeitung
ebener oder gekrümmter Seitenflächen von
profilierten Stahlerzeugnissen, insbesondere von Schienenprofilen,
in einem Arbeitsgang.
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Bei der Schruppbearbeitung ebener
oder gekrümmter
Seitenflächen
von Stahlprofilen, insbesondere bei der Aufarbeitung verschleißgeschädigter Schienenprofile
oder nach vorangegangenen Schweißarbeiten werden speziell bei
Rillenschienen für
den Seitenschliff trotz entgegenstehender arbeitsschutzrechtlicher
Normative Schleifscheiben verwendet, die auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten
einsetzbar sind.
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So werden für den Seitenschliff der Fahrkante
von Schienen nicht zugelassene unarmierte und armierte Schleifscheiben
eingesetzt, wobei die Armierung aus vorrangig bis zu drei Glasgeweberonden
besteht. Gemäß
EN 12 413 ist der Einsatz
derartiger Schleifkörper
nur für
den Umfangschliff zugelassen. Durch die notwendige Mindestbreite
der Schleifscheibe ist ein Einsatz selbst dieser Schleifkörper auf Grund
der geometrischen Gegebenheiten bei Rillenschienen nicht oder nur
eingeschränkt
möglich.
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Zudem sind diese Schleifscheiben
nicht zur Aufnahme größerer axialer
Kräfte
geeignet, wie sie regelmäßig bei
der Schruppbearbeitung der seitlichen Fahrflächen von Schienenprofilen auftreten. Dies
umso mehr, da das zu bearbeitende Schienenprofil auf Grund von Gleisverwerfungen
auch regelmäßig Form-
und Lageabweichungen vom Normal aufweist, so dass mit stochastischen,
schlag- oder impulsartigen, axialen Belastungen des Schleifkörpers gerechnet
werden muss. Damit besteht latent die Gefahr des Ausbrechens größerer Segmente
des Schleifkörpers
oder der explosionsartigen Zertrümmerung
der gesamten Schleifscheibe.
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Um diesen Erscheinungen entgegenzuwirken,
werden – insbesondere
bei frei- und handgeführten
Schleifkörpern,
wie z. B. bei Trennschleifmaschinen- dünnwandige Schleifkörper mit
einer Armierung aus vorzugsweise mineralischem Gewebe eingesetzt.
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Beim Auftreten größerer axialer Kräfte – z. B. beim
Verkanten der von Hand geführten
Trennschleifmaschine in der Trennfuge – ist das Glasfasergewebe der
Armierung in der Lage, sich in Grenzen elastisch zu verformen. Beim Überschreiten
zulässiger
Kräfte
oder Spannungen kommt es zu einer dauerhaften Deformation des Schleifkörpers, ohne
dass es in jedem Fall zu einem Herausreißen größerer Segmente des Trennschleifkörpers kommt.
Nachteil dieser armierten, dünnwandigen
Schleifscheibe ist die fehlende Starrheit als Voraussetzung für die sichere
und dauerhafte Übertragung
axialer Kräfte
auf die Seitenfläche
des Schleifkörpers.
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Aus der
DE 28 29 609 C2 ist eine
Schleifscheibe, bestehend aus Schleifkorn, einem auf Kunstharzbasis
aufgebautem, vorzugsweise duroplastischem Bindemittel und vorzugsweise
Füllstoff mit
einer in den Schleifkörper
eingebetteten Faserarmierung aus hochfesten Fasern bekannt. Die
Faserarmierung ist dabei mit einem Überzug versehen, der aus Kornmaterial
und einem Bindemittel besteht, das auf der Faser gut haftet und
mit der Scheibenbindung eine mechanisch ausreichende chemische und/
oder physikalische Verbindung eingeht. Dabei ist die Körnung des
Kornmaterial des Überzuges
der Fasern, welches aus Schleifkornmaterial und/ oder feinkörnigem,
schleifaktivem Füllstoff
besteht, feiner als die Körnung
des Schleifkornes der Schleifscheibe. Die beanspruchte Schleifscheibe
ist insbesondere geeignet für
die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Werkstoffen. Die Armierung
besteht aus unidirektionalem Gewebe aus Kohlenstofffasern, Stahlfasern oder
Bohrfasern. Die bevorzugt verwendeten Glasfasern sind als statistisch
(normal-)verteilte Kurzfasern, als Wirrfaservliese oder als Gewebe
im Schleifkörper eingebettet.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass
derartige faserarmierte Trennschleifscheiben nicht geeignet sind,
die beim Flankenschliff (Seitenschliff) verschleißgeschädigter Schienenprofile
auftretenden Dauerbelastungen sicher und verformungsfrei aufzunehmen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die zur Erreichung der
notwendigen Steifigkeit und Dauerfestigkeit der Schleifkörper eingesetzten
Fasergewebe und der dazu geeigneten Bindemittel sich nachteilig
auf die Fertigungskosten dieser Spezialschleifkörper auswirken.
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Aus der
DE 69509788 T2 ist ein
Schleifwerkzeug zum Schneiden oder dergleichen bekannt, das aus
einem Träger
besteht, der mit einer Struktur verbunden ist, die Diamantkörner positioniert
und dazu bestimmt ist, entlang einer bestimmten Richtung an ein
zu behandelndes Material angesetzt zu werden. Dieses Schleifwerkzeug
ist dadurch charakterisiert, dass der Träger im Wesentlichen aus einem
geformten, gegossenen, gespritzten oder gepressten Material gebildet
wird, das einen Schmelzpunkt aufweist, der höher als die Verwendungstemperatur
des Werkzeugs und niedriger als 1000 °C ist.
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Bei dem Schleifwerkzeug sind die
Diamantkörner
zumindest entlang der oben genannten bestimmten Richtungen in Bezug
auf die Struktur verteilt, wobei diese Struktur offene Zwischenräume oder
Poren aufweist und zumindest teilweise im Material versenkt ist,
wobei das letztere zumindest teilweise in diese Zwischenräume oder
Poren eindringt, so dass diese Struktur fest mit dem Träger verbunden ist
und ein Moment von dem letzteren auf die Diamantkörner übertragen
werden kann.
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Das Schleifwerkzeug besteht nach
der erfindungsgemäßen Lehre
aus einem massiven, biegesteifen Träger, an dessen äußerem Umfang
eine Vielzahl geometrisch bestimmter und/ oder unbestimmter Einzelschneiden
angeordnet ist. Der Träger
ist dabei bevorzugt als durchbrochene Platte ausgebildet, an der
die Diamantkörner
starr befestigt sind.
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Mit einem derartigen Spezialschleifkörper ist es
grundsätzlich
möglich,
eine Bearbeitung der verschleißgeschädigten Seitenflächen oder
Flanken eines Schienenprofils vorzunehmen. Unter praktischen Bedingungen
kann ein derartiger Schleifkörper
indes nicht zum Einsatz gelangen, da auf Grund der eingangs beschriebenen,
zum Teil erheblichen Form- und Lageabweichungen eines Schienenprofils
und wegen der daraus resultierenden stoßartigen axialen Belastung
mit einem frühzeitigen
Ausfall des Schleifkörpers
oder einem notwendigen Werkzeugwechsel vor Erreichen der normativen
Nutzungsdauer gerechnet werden muss.
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Die verwendeten Schleifmittel aus
Diamant sind zudem für
die extremen Belastungen bei der Schruppbearbeitung, den daraus
resultierenden Temperaturen und den stochastischen Belastungsverhältnissen
ungeeignet.
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Ein weiterer, wesentlicher Nachteil
der in der
DE 695
09 788 T2 beschriebenen Schleifkörper besteht in den vergleichsweise
hohen Fertigungskosten. Die dargestellten Sonderformen setzen zudem größere wirtschaftliche
Mindestlosgrößen für die Fertigung
des Werkzeugträgers
voraus. Eine Spanabnahme erfolgt zudem nur durch die an der äußeren Randzone
angeordneten Einzelschneiden aus Diamantkörnern. Nach dem Verschleiß der mit
dem spanend zu bearbeitenden Werkstoff unmittelbar in Berührung stehenden
Zone der Schleifkörner
ist ein nochmaliges Abrichten und ein weiterer Einsatz des Werkzeuges
nicht möglich.
Durch die dadurch begrenzte normative Nutzungsdauer des Schneidwerkzeuges
und die vergleichsweise hohen Werkzeugkosten ist diese Lösung nicht
geeignet für
eine wirtschaftliche Schruppbearbeitung verschleißgeschädigter Schienenprofile.
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Aus der
EP 0 501 022 A2 ist ein
Schleif- oder Trennwerkzeug mit einem faserverstärkten Grundkörper mit
einer Kunststoff-Matrix und einem Belag aus Diamant- oder Bohrnitritschleifkörnern bekannt, die
eine Bindung aufweisen, bei der zwischen dem Belag und dem Grundkörper eine
auf den Grundkörper
galvanisch oder stromlos aufgetragene Zwischenschicht aus Metall
angeordnet ist, in der nach außen über den
Kunststoff vorstehende und in dem Kunststoff verankerte elektrisch
leitfähige
Fasern eingebettet sind. Diese elektrisch leitfähigen Fasern dienen dazu, die
Gefahr eines Abspringens des Schleifbelages vom Grund körper zu
minimieren. Die faserartige Armierung hat hierbei in an sich bekannter Weise
die Aufgabe, bei radial wirkenden Belastungen durch die Schnittkräfte das
explosionsartige Herausreißen
größerer Segmente
des Schleifkörpers
zu unterbinden.
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Aus der
US 5,695,394 ist eine Schleifscheibe bekannt,
die aus Schleifpartikeln mit organischem Binder besteht und über amorphe
Metallbänder
als Armierungsmaterial verfügt,
wobei die Metallbänder eine
mittlere Länge
zwischen 5 mm und 30 mm, eine Breite von 0,5 mm bis 7 mm und eine
Dicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm aufweisen. Die Metallarmierung nimmt
dabei etwa 2 bis 3 Volumenprozent des Gesamtvolumens des Schleifkörpers ein.
Durch den Einsatz einer Armierung aus einem metallischen Geflecht
wird die Standzeit des Schleifkörpers
gegenüber
vergleichbaren Werkzeugen mit einer Armierung aus Glasfasern signifikant
verbessert. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer metallischen
Armierung besteht in der verbesserten Wärmeableitung. Durch die verwendete
faserförmige
Armierung ist auch dieser Schleifkörper nur bedingt zur Aufnahme
axial wirkender Schnittkraftkomponenten geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen
Schleifkörper
vorzuschlagen, der die Nachteile des bekannten Standes der Technik
eliminiert und insbesondere für
das Schruppschleifen verschleißgeschädigter oder
durch Auftrags- oder Reparaturschweißungen aufgearbeiteter Seitenflächen oder
Flanken an Profilschienen, insbesondere Rillenschienen, mit hohen Schnittgeschwindigkeiten
einsetzbar ist. Zudem soll der Schleifkörper mit bekannten Verfahren
und Einrichtungen wirtschaftlich hergestellt werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch
die Merkmale des Hauptanspruches. Vorzugsweise Weiterbildungen des
Erfindungsgedankens sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargelegt.
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Der Schleifkörper für die Schruppbearbeitung ebener
oder gekrümmter
Seitenflächen
oder Flanken von profilierten Stahlerzeugnissen, insbesondere von
Schienenprofilen in einem Arbeitsgang weist im Profil einen rechteckigen
Querschnitt mit nach dem Pressvorgang angebrachten beidseitigen Aussparungen
im Spannbereich auf. Diese Form ist fertigungstechnisch kostengünstig herstellbar.
Alternativ weist der Schleifkörper
im Profil einen Querschnitt auf, der als formideales Gegenstück zu den
zu bearbeitenden Werkstückflächen ausgebildet
ist.
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Für
die Schruppbearbeitung von Schienenprofilen, insbesondere von Rillenschienen,
sind vorteilhaft beide Seitenflächen/Flanken
des Schleifkörpers
als Gegenstück
zu der zu bearbei tenden Werkstückkontur
ausgebildet. Untersuchungen zeigten, dass trotz der einhergehenden
Wanddickenreduzierung des Schleifkörpers beim Einsatz beider Flanken des
Schleifkörpers
für die
Konturbearbeitung des Werkstückes
die mechanische und thermische Belastbarkeit des Schleifkörpers nicht
gefährdet
ist. Durch die Möglichkeit
des Einsatzes beider Flanken des Schleifkörpers wird zudem die normative
Nutzungsdauer des Schleifkörpers
signifikant erhöht.
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Als Schleifmittel werden bekannte,
kostengünstige
Schneidstoffe wie Normalkorund eingesetzt. Die Körnung des Schleifmittels liegt
im Bereich zwischen F 10 und F 36, vorzugsweise im Bereich von F
16 und F 24. Die Bindung des Korns erfolgt mit bekannten Kunstharzen,
wie Phenolharzen oder modifizierten Phenolharzen.
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Die Aufnahme der axial wirkenden
Schnittkraftkomponenten erfolgt durch eine im Wesentlichen rotationssymmetrische
Abstützung.
Vorzugsweise ist die Abstützung
als kreisringförmige,
biege- und torsionssteife Massiv-armierung ausgebildet. Um eine Werkstückbearbeitung
mit beiden Flanken des Schleifkörpers
zu ermöglichen,
ist die Abstützung
in axialer Richtung vorzugsweise mutig im Schleifkörper angeordnet.
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Die Abstützung besteht vorzugsweise
aus Stahl, insbesondere aus Stahlblech.
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Die Abstützung erstreckt sich, von einem vom
Schienenprofil abhängigen
Durchmesser und ausgehend von der Werkzeugaufnahme, in radialer Richtung
bis in den Bereich des Schleifkörpers,
in dem die in axialer Richtung wirkenden Kräfte und impulsartigen Belastungen
auftreten.
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Die vorzugsweise verwendete Abstützung aus
Stahl in Kombination mit kompatiblen Bindemitteln ermöglicht in
definierten Grenzen auch elastische Verformungen des Schleifkörpers bei
schlag- oder stoßartigen,
axial wirkenden Belastungen, wie z. B. bei auftretenden Form- und Lageabweichungen des
zu bearbeitenden Werkstückes
oder bei der Bearbeitung von Bereichen mit Aufhärtungsgefüge.
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Die Dauerfestigkeit und Standsicherheit
des Schleifkörpers
resultiert im Wesentlichen daraus, dass die Abstützung eine Anzahl von Ausnehmungen
und/oder Durchbrüchen
aufweist. Die Ausnehmungen schaffen eine innige Verbindung des in
diesen Bereichen angeordneten Korns mit der strukturierten Oberfläche der
Abstützung.
Die vorzugsweise kreisförmigen
Durchbrüche
der Abstützung
ermöglichen
eine Brückenbildung
zwischen dem in diesen Bereichen beiderseits der Abstützung befindlichen Korn.
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Zur Realisierung guter Gleichlaufeigenschaften
des Schleifkörpers
sind die Ausnehmungen und Durchbrüche vorzugsweise rotationssymmetrisch über der
Abstützung
verteilt. Vorteilhaft sind die Ausnehmungen und/oder Durchbrüche in der äußeren Randzone
der Abstützung
angeordnet, die bei der spanenden Bearbeitung am höchsten mechanisch beansprucht
werden.
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Die vorzugsweise Verwendung einer
Abstützung
aus Stahl ermöglicht
daneben eine leichtere Wärmeabfuhr
der bei der Schruppbearbeitung auftretenden Reibungsenergie.
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In einer besonders bevorzugten Ausbildung weist
die Abstützung
eine Anzahl von Durchbrüchen auf,
die rotationssymmetrisch zwischen der Werkzeugaufnahme und dem äußeren Rand
der Abstützung
angeordnet sind. Vorteilhaft ist zudem die optionale Anordnung von
Durchbrüchen
und/oder Aussparungen am Umfang der Abstützung. Neben der Masse-Reduktion des Schleifkörpers wird
dadurch eine besonders innige Verbindung des Korns in diesen hochbeanspruchten äußeren Randzonen
realisiert.
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Überraschend
zeigte sich, dass bei einem Verhältnis
der projizierten Fläche
aller Durchbrüche und
Aussparungen im Verhältnis
zur projizierten Gesamtfläche
der Abstützung
von mindestens 25 %, höchstens
jedoch 45 %, die seitliche Belastbarkeit der Flanke des im Eingriff
befindlichen Schleifkörpers über den
beim Schruppschleifen auftretenden, maximalen Spanungskräften liegt.
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Die Ausnehmungen oder Erhebungen
in oder an der Oberfläche
der Abstützung
sind aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise als Rändelprofil
ausgebildet.
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Um die Verbindung zwischen Abstützung und
umgebendem Korn weiter zu verbessern, wird die Abstützung mit
Hilfsstoffen, wie mit einer Phenolharzlösung, vorbehandelt, die haftvermittelnd
wirkt.
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Um die Standzeit des Schleifkörpers zu
erhöhen
und die Rundlaufeigenschaften und damit die Arbeitssicherheit und
auch die Laufruhe zu erhöhen, werden
vorzugsweise spannungsfreie oder -arme Abstützungen eingesetzt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildeten Schleifkörper erlauben
bei der bestimmungsgemäßen Schruppbearbeitung
einer oder mehrerer Seitenflächen/Flanken
von profilierten Stahlerzeugnissen Schnittgeschwindigkeiten von
bis zu 63 m/s.
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Ein erfindungsgemäßer Schleifkörper wird
in nachfolgendem Ausführungsbeispiel
beschrieben und in den zugehörigen
Zeichnungen illustriert.
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Es zeigen:
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1 einen
Schleifkörper
(1) für
die Schruppbearbeitung eines verschleißgeschädigten Schienenprofils in einer
schematisierten, geschnittenen Seitenansicht,
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2 als
Einzelteil die Abstützung
(3) des Schleifkörpers
(1) nach 1 in
einer Draufsicht und einer geschnittenen Seitenansicht.
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Der Schleifkörper (1) für die Schruppbearbeitung
der Flanken verschleißgeschädigter Schienenprofile
weist eine Abmessung von 230 × 23 × 22 mm auf.
Die Aufnahme des Schleifkörpers
(1) auf der Schienenschleifmaschine erfolgt über die
Bohrungshülse
(10). Die Bohrungshülse
(10) ermöglicht
es, den Bohrungsdurchmesser der Größe der Schienenschleifmaschine
anzupassen. Die Abstützung
(3) ist als dünnwandiger
Kreisring ausgebildet.
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Die Abstützung (3) verläuft im Inneren
des Schleifkörpers
(1), ausgehend von der Werkzeugaufnahme (4) bis
in den Bereich, in dem der Schleifkörper (1) mit dem aufzuarbeitenden
Schienenprofil unmittelbar in spanendem Einsatz steht. In einer
fertigungstechnisch einfachen, kostengünstigen Variante ist das seitliche
Profil (2) des Schleifkörpers
(1) als Rechteckprofil ausgebildet. In einer alternativen
Ausführungsform
(gestrichelt dargestellt) ist das seitliche Profil (2a)
des Schleifkörpers
(1) an die Kontur des aufzuarbeitenden Schienenprofils
angepasst.
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Die Abstützung (3) ist axialsymmetrisch
und mittig im Inneren des Schleifkörpers (1) angeordnet. Die
Abstützung
(3) besteht aus einem dünnwandigen,
3 mm starken, spannungsfreien Stahlblechs aus St 37. Um eine innige
Verbindung des Schleifkorns und des Bindemittels untereinander und
mit der Oberfläche
der Abstützung
(11) zu realisieren, weist die Abstützung (3) eine Anzahl
von Durchbrüchen
(5) und am äußeren Umfang
der Abstützung
(3) angeordneten Ausnehmungen (6) auf (vgl. hierzu
auch 2).
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Zur weiteren Verbesserung der Verbindung zwischen
Schleifkorn und Oberfläche
der Abstützung (11)
weist diese eine Anzahl nicht näher
dargestellter Ausformungen (7) auf. Zusätzlich wird die Oberfläche der
Abstützung
(11) vor dem Urformen des Schleifkörpers (1) mit einem
Haftmittler benetzt.
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Die Aussparung (9) dient
der Aufnahme des Schleifkörpers
(1).
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2 zeigt
den Schleifkörper
(1) für
die Schruppbearbeitung eines Schienenprofils nach 1 in einer Seitenansicht. Die insgesamt
sechs zentrisch angeordneten Durchbrüche (5) weisen aus fertigungstechnischen
Gründen
einen rechteckigen Querschnitt auf. Überraschend hat es sich gezeigt, dass
neben der Form der Durchbrüche
(5) insbesondere das Verhältnis der in axialer Richtung
des Schleifkörpers
(1) projizierten Gesamtfläche der Durchbrüche (5)
und Ausnehmungen (6) im Verhältnis zur Gesamtfläche der
Abstützung
(3) von maßgeblicher
Bedeutung für
die Dauerfestigkeit und die normative Nutzungsdauer des Schleifkörpers (1)
ist.
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Die an der Peripherie der Abstützung (3)
angeordneten Ausnehmungen (6) verleihen der Abstützung (3)
und damit im weiteren auch dem Schleifkörper (1) in definierten
Grenzen elastische Verformungseigenschaften. Damit vereint die massive
Abstützung
(3) die Vorteile einer Faserarmierung (hohe Sicherheit
gegenüber
dem explosionsartigen Herausreißen
einzelner Segmente des Schleifkörpers (1))
bei insbesondere stochastischer axialer Belastung der Flanken mit
der Fähigkeit,
in definierten Grenzen axial wirkende Schnittkraftkomponenten bei der
spanenden Bearbeitung der Seitenflächen (8) sicher aufzunehmen.
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- 1
- Schleifkörper
- 2
- Profil
des Schleifkörpers
- 2a
- alternatives
Profil
- 3
- Abstützung
- 4
- Werkzeugaufnahme
- 5
- Durchbruch
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Ausformung
- 8
- Seitenfläche / Flanke
- 9
- Aussparung
- 10
- Bohrungshülse
- 11
- Oberfläche der
Abstützung