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Die Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Schleifscheibe entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei der Durchführung von Schleifarbeiten, insbesondere beim Hochleistungsschleifen mit hochtourig drehenden und mit hochharten Abrasivstoffen versehenen Schleifscheiben ist es zur Vermeidung von Schädigungen sowohl der Werkstücke als auch von Verschleiß an der Schleifscheibe selbst, erforderlich, sowohl diese als auch das Werkstück zu schmieren und/oder zu kühlen.
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Hierzu ist es bekannt (
DE 37 34 676 C2 ), die in spanabhebendem Eingriff mit dem Werkstück stehende Schleifscheibe zusammen mit dem Werkstück in eine mit Kühlmittel bzw. Kühlschmierstoff gefüllte Arbeitskammer des Gehäuses einzutauchen. Hierbei wird durch an den Eintrittsöffnungen des Gehäuses für den Durchtritt von Schleifscheibe und Werkstück vorgesehene Dichtungen sichergestellt, daß innerhalb der Arbeitskammer der vom Kühlschmierstoff erzeugte Druck zu einer kontrollierbaren Kühlmittelströmung zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück führt und auch erhalten bleibt, sodass zu jedem Zeitpunkt des Schleifvorganges eine ausreichende Wärme- und Spanabfuhr stattfindet, und somit sowohl Gefügeschädigungen am Werkstück, als auch Verschleiß an der Schleifscheibe vermieden bzw. reduziert werden.
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Durch die
DE 41 09 647 A1 wurde eine als Topfschleifscheibe ausgebildete Schleifscheibe bekannt, die auf ihrer zylinderförmigen Außenseite durch Rillen unterbrochene und mit Schleifkörnern beschichtete Segmente aufweist. Zur Zufuhr von Kühlschmierstoff sind auf der Innenseite der Schleifscheibe die Rillen schneidende Nuten vorgesehen, wodurch Kühlschmierstoffkanäle gebildet werden. Hierdurch soll trotz der großen Anzahl von verhältnismäßig kleinen Oberflächensegmenten eine ausreichende Kühlung erreicht werden.
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Die
DE 44 13 384 C2 offenbart eine Schleifscheibenanordnung mit einer im Wesentlichen von einem Grundkörper mit einem Schleifbelag gebildeten Schleifscheibe. Diese weist von der Innenkante ihrer Aufnahmebohrung ausgehende und radial gerichtete Zuführkanäle für den Kühlschmierstoff auf, die kurz vor dem Schleifbelag enden, ohne diesen zu unterbrechen. Die Zuführkanäle sind beim in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel der älteren Erfindung zwar geradlinig dargestellt, jedoch können diese entsprechend den Ausführungen in der älteren Veröffentlichung hinsichtlich ihrer Form und Richtung variieren und auch gekrümmt verlaufen. An einem mit der Schleifscheibe verbundenen Aufspannflansch ist eine Öffnung zur Zufuhr des Kühlschmierstoffes vorgesehen, sodass der Kühlschmierstoff von der Zuführöffnung durch einen zwischen dem Spindelflansch und dem Aufspannflansch vorgesehenen Ringkanal zu den Zuführkanälen und von da bis zum Außenbereich der Schleifscheibe gelangt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der älteren Erfindung ist die Tiefe der Zuführkanäle für den Kühlschmierstoff so gewählt, daß der dünne Außenbereich der Schleifscheibe an den Stellen der Kühlschmierstoffzufuhr durchbrochen ist. Hierdurch soll gewährleistet sein, daß der Kühlschmierstoff an beiden Seiten des dünnen Außenbereiches der Schleifscheibe aus dieser austritt und somit direkt dem Schleifbelag bzw. der Schleifzone des Werkstückes zugeführt wird, was insbesondere beim Schleifen von Einstichnuten von besonderem Vorteil ist.
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Die vorbeschriebene Schleifscheibe weist durch den seitlichen Austritt des Kühlschmierstoffes aus der Schleifscheibe zwar den Vorteil auf, daß der Kühlschmierstoff beim Schleifen von Einstichnuten sowohl an die beiden Seitenflächen der Schleifscheibe als auch gleichzeitig an die Seitenflächen des Werkstückes geführt wird, jedoch wird dieser Vorteil mit einer ca 90 Grad messenden Umlenkung der Strömungsrichtung erzielt. Da der Kühlschmierstoff den Zuführkanälen lediglich durch einen Ringspaltzugeführt wird, ist diese Schleifscheibe lediglich für Schleifarbeiten geeignet, die nur eine geringe Menge an Kühlschmierstoff erfordern.
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Um bei Hochleistungs-Schleifmaschinen die Abfuhr der entstehenden Prozesswärme über Kühldüsen zu gewährleisten, sind relativ große Volumenströme von bis zu 600 1/min und ein relativ hoher Druck (teilweise mehr als 30 bar) erforderlich. Hierfür müssen leistungsstarke Hochdruckpumpen, groß dimensionierte Anlagen und Filtereinrichtungen sowie Kühlschmierstofftanks mit erheblichen Füllvolumina in die Maschinensysteme integriert werden.
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Aus der
DE 1 910 485 A ist eine Schleifscheibe bekannt, die aus nichtmetallischen Abrasivstoffen und kristallinen Bindemitteln besteht und daher beim Schleifen verschleißt, wodurch ihr Durchmesser stetig abnimmt. In der Schleifscheibe sind mehrere Kühlkanäle vorgesehen, die sich von der zentralen Bohrung bis an die Umfangsseite erstrecken, wobei sie mit einem bestimmten, jedoch nicht näher definierten Radius bogenförmig verlaufen. Im Bereich der Mittelbohrung wird auf beiden Seiten der Schleifscheibe Luft angesaugt. Durch die besondere Anordnung und Form der Kühlkanäle soll die Luftgeschwindigkeit in dem Kanalsystem so weit erhöht werden, daß ohne flüssiges Kühlmittel gearbeitet werden kann. Sofern jedoch mit zusätzlichem flüssigem Kühlmittel geschliffen wird, soll die größere Luftgeschwindigkeit bewirken, daß die Kühlmitteltemperatur konstant gehalten werden kann. Da in der
DE 1 910 485 A kein Hinweis zu finden ist, wie das flüssige Kühlmittel zugeführt wird, muss davon ausgegangen werden, daß es nicht wie die Luft über die Mittelbohrung zugeführt oder angesaugt, sondern von außen an die Schleifstelle geleitet wird.
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Aufgrund des herkömmlichen verschleißbehafteten Aufbaues der Schleifscheibe und der Maßnahme, die Kühlung in erster Linie mit Hilfe von Luft zu bewerkstelligen, eignet sich diese bekannte Schleifscheibe nicht für die Verwendung an einer Hochleistungs-Schleifmaschine. Ferner lassen sich im Zusammenhang mit einer luftgekühlten Schleifscheibe gewonnene Erkenntnisse nicht oder nur sehr eingeschränkt auf flüssigkeitsgekühlte Schleifscheiben übertragen.
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Durch die
FR 1 260 730 ist eine weitere Schleifscheibe bekannt, die aus nichtmetallischen Abrasivstoffen besteht und daher ebenfalls beim Schleifen im Durchmesser stetig abnimmt. Bei ihr ist eine Kühlung durch einen flüssigen Kühlschmierstoff vorgesehen, wobei in der Schleifscheibe Zuführkanäle vorgesehen sind, die sich von der zentralen Bohrung aus zur Umfangsseite erstrecken. Die Zuführkanäle haben gemäß der Zeichnung eine bogenförmige Gestalt. Laut Beschreibung können sie aber auch eine spiralförmige Gestalt oder eine andere Ausführungsform haben und können somit beliebig gestaltet sein. Da mit der verschleißbedingten Verringerung des Durchmessers der Schleifscheibe deren Umfangsgeschwindigkeit entsprechend abnimmt und sich folglich die Austrittsbedingungen des Kühlschmierstoffes aus den Zuführkanälen stetig verändern, können hieraus nur schwerlich Anregungen für die optimierte Gestaltung einer Hochleistungs-Schleifscheibe entnommen werden, deren Durchmesser während des Gebrauchs der Schleifscheibe im wesentlichen gleich bleibt.
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Die
CH 665 988 A5 offenbart schließlich noch einen speziell für Zahnflankenschleifmaschinen entwickelten Doppelkegelschleifkörper. Der Schleifkörper ist aus vier Segmenten zusammengesetzt, zwischen denen radial verlaufende, geradlinig ausgebildete Zuführkanäle für den Kühlschmierstoff ausgebildet sind. Hierbei sind voneinander getrennte Zuführkanalsysteme für die auf beiden Seiten des Doppelkegels liegenden Austrittsöffnungen vorgesehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Gunde, eine gattungsgemäße Hochleistungs-Schleifscheibe mit sogenannter interner Zufuhr des Kühlschmierstoffes zu schaffen, die einerseits das Auftreten von Kavitation im Eintrittsbereich der Zuführkanäle vermeidet und andererseits Gewähr dafür bietet, das der Kühlschmierstoff zuverlässig durch die Zuführkanäle strömt und dabei nicht bevorzugt an anderen Öffnungen des Systems aus diesem austritt.
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Die erfindungsgemäße Lehre geht davon aus, dass der Strömungswiderstand in den Zuführkanälen reduziert wird, sodass dieser für das Erreichen anderer offener Bereiche des Systems infolge der Fliehkraft mehrerer Umlenkungen, sowie Leitelementen deutlich größer ist, als durch die Zuführkanäle selbst.
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Dies wird im Wesentlichen durch eine strömungstechnisch optimale Gestaltung der Zuführkanäle erreicht, wobei diese bogenförmig verlaufen und im Wesentlichen radial gerichtet sind, und der Eintrittswinkel der Zuführkanäle im Bereich von 156 Grad, und der Austrittswinkel mindestens 90 Grad beträgt. Hierbei ist der Eintrittswinkel der Zuführkanäle der Winkel zwischen dem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Scheibe am äußeren Radius (r2) und dem mittleren Richtungsvektor des Zuführkanals auf diesem Radius ist.
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In 2 sind die Vektoren für die Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe am Eintritt (r1), sowie am Austritt (r2) der Zuführkanäle, sowie die relative Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffes zusammen mit den absoluten Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeiten dargestellt. Sofern der Querschnitt der Zuführkanäle über deren gesamte Länge konstant ist, ist die absolute Größe der relativen Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeiten des Kühlschmierstoffes gleich.
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Durch den mit der vorgenannten Maßnahme erzielbaren relativ geringen Strömungswiderstand beim Eintritt des Kühlschmierstoffes in die Zuführkanäle wird auch die Gefahr des Entstehens von Kavitation minimiert, da diese entscheidend durch eine hohe Beschleunigung des Kühlschmierstoffes beim Eintritt in die Zuführkanäle bedingt ist.
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Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, die Form der Zuführkanäle so zu gestalten, daß der Strömungswiderstand bei hohen Drehzahlen minimiert wird. Zur Erzielung günstiger Strömungsverhältnisse ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Zuführkanäle im Eintrittsbereich des Kühlschmierstoffes kleiner oder höchstens gleich dem Querschnitt im Austrittsbereich des Kühlschmierstoffes ist.
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Bei den bekannten Lösungen, insbesondere bei der Einrichtung gemäß der
DE 44 13 384 C2 werden stets sämtliche Zuführkanäle gleichzeitig mit Kühlschmierstoff beaufschlagt, was zu einem hohen Verbrauch an Kühlschmierstoff, zumindest aber zu einem hohen Umlaufvolumen an Kühlschmierstoff führt.
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Der Erfindung liegt daher die weitere Teilaufgabe zu Grunde, die erfindungsgemäße Lösung derart weiter zu bilden, daß der Verbrauch bzw. das Umlaufvolumen an Kühlschmierstoff minimiert wird.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die Zuführleitung für den Kühlschmierstoff in eine mit den Zuführkanälen strömungsmäßig verbundene Verteilereinrichtung mündet, wobei die Winkellage der Austrittsöffnung derselben zu ihrer Längsachse veränderbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß der Kühlschmierstoff nur aus der Austrittsöffnung der Verteilereinrichtung austreten kann und damit nur eine bestimmte Anzahl von Zuführkanälen mit Kühlschmierstoff beaufschlagt wird.
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Um die Anzahl der hierbei stets gleichzeitig zu beaufschlagenden Zuführkanäle verändern zu können, ist es zweckmäßig wenn der Querschnitt der Austrittsöffnung veränderbar ist.
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Die Veränderung des Querschnittes der Austrittsöffnung der Verteilereinrichtung wird dann in konstruktiv einfacher Weise erreicht, wenn die Verteilereinrichtung im Wesentlichen von zwei koaxial zueinander angeordneten Hülsen gebildet ist, an deren Umfang im Bereich der Deckplatte jeweils eine Öffnung zum Durchtritt des Kühlschmierstoffes vorgesehen ist, wobei der Querschnitt der beiden Austrittsöffnungen vorzugsweise unterschiedlich groß ist, sodass durch Verändern des Überdeckungsgrades der beiden Austrittsöffnungen das Volumen des austretenden Kühlschmierstoffes veränderbar ist.
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Insbesondere bei Hochleistungsschleifmaschinen mit hochtourig umlaufenden Schleifscheiben besteht bei der Zufuhr des Kühlschmierstoffes durch im Inneren der Schleifscheibe angeordnete Zuführkanäle das Problem der Abdichtung der stillstehenden Kühlschmierstoffzuführeinrichtung gegenüber der hochtourig umlaufenden Schleifscheibe. Dies insbesondere im Hinblick darauf, als bei den hier anstehenden hohen Drücken und der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen den gegeneinander abzudichtenden Teilen das Problem besteht, dass handelsübliche Dichtungen aufgrund ihres hohen Verschleißes schnell versagen und daher nicht einsatztauglich sind.
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Der Erfindung liegt daher die weitere Teilaufgabe zu Grunde, eine Verbindung zwischen der Zuführleitung für den Kühlschmierstoff und der hochtourig umlaufenden Schleifscheibe zu schaffen, die trotz der hohen Drehzahlen und der notwendigen Drücke eine ausreichende Standfestigkeit aufweist.
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Diese Teilaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Längsachse der Verteilereinrichtung parallel zur Drehachse der Deckplatte gerichtet ist und diese einen Lagerträger aufweist, der unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers zur Aufnahme der Verteilereinrichtung dient.
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Durch die Anordnung eines Wälzlagers zwischen der sich drehenden Schleifscheibe bzw. den mit dieser verbundenen Teilen einerseits und der stillstehenden Verteilereinrichtung bzw. den mit dieser verbundenen Teilen andererseits, ergeben sich insoweit optimale Dichtungsverhältnisse, als die gegeneinander abzudichtenden Teile entweder gemeinsam rotieren oder beide stillstehen.
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Um die Verteilereinrichtung gegen Mitnahme durch die Hochleistungs-Schleifscheibe zu sichern, ist an der Verteilereinrichtung ein Anschlag vorgesehen, der entweder am die Welle der Schleifscheibe aufnehmenden Spindelkasten oder am Gehäuse der Maschine anliegt, oder an diesem befestigt ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch eine Hochleistungs-Schleifscheibe mit einer Verteilereinrichtung für den Kühlschmierstoff;
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2 eine Draufsicht auf die Hochleistungs-Schleifscheibe mit den Zuführkanälen;
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3 einen Schnitt durch die beiden Hülsen der Verteilereinrichtung im Bereich ihrer Austrittsöffnungen;
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In 1 ist ein Teil des Gehäuses 1 einer Hochleistungs-Schleifmaschine gezeigt, in deren Spindelkasten der Grundkörper 2 einer Schleifscheibe 3 drehbar aufgenommen ist. Der Grundkörper 2 ist umfangsseitig mit einem nicht näher dargestellten Schleifbelag versehen und weist in an sich bekannter Weise eine Innenbohrung 4 auf. In die dem Gehäuses 1 abgekehrte Seitenfläche des Grundkörpers 2 sind dicht nebeneinander liegend Zuführkanäle 5 eingearbeitet. Diese weisen einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt auf und erstrecken sich von der Innenbohrung 4 bis zum Schleifbelag und durchdringen diesen. Die Zuführkanäle 5 weisen eine strömungsgerechte bzw. strömungsoptimierte Gestaltung auf und sind im Wesentlichen radial gerichtet, wobei der Eintrittswinkel der Zuführkanäle 5 im Bereich von 156 Grad liegt und der Austrittswinkel mindestens 90 Grad beträgt.
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Hierbei ist der Eintrittswinkel der Zuführkanäle der Winkel zwischen dem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Scheibe am inneren Radius ri und dem mittleren Richtungsvektor des Zuführkanals auf diesem Radius, während der Austrittswinkel des Zuführkanals der Winkel zwischen dem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Scheibe am äußeren Radius r2 und dem mittleren Richtungsvektor des Zuführkanals auf diesem Radius ist.
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Die Zuführkanäle 5 weisen im Eintrittsbereich des Kühlschmierstoffes einen geringen Strömungswiderstand auf, wobei ihr Querschnitt im Eintrittsbereich des Kühlschmierstoffes gleich dem Querschnitt im Austrittsbereich des Kühlschmierstoffes sein kann oder sich zum Austrittsbereich des Kühlschmierstoffes vergrößert. Die Zuführkanäle 5 werden durch eine Abdeckplatte 6 abgedeckt, die mittels Schrauben 7 und Passstiften 8 mit dem Grundkörper 2 verbunden ist und mit diesem eine Einheit bildet. Die Schrauben 7 und Passstifte 8 sind auf unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern jeweils innerhalb den zwischen den Zuführkanälen 5 gelegenen Zwischenräumen angeordnet. Die Abdeckplatte 6 weist eine mit der Innenbohrung 4 des Grundkörpers 2 fluchtende Bohrung 9 auf, deren Durchmesser dem Durchmesser der Innenbohrung 4 entspricht. Beide Bohrungen 4, 9 bilden somit ein Aufnahmevolumen 11 für den Kühlschmierstoff, der diesem über eine stationäre Zuführleitung 12 zugeführt wird und von da in den Eintrittsbereich der Zuführkanäle 5 gelangt, diese bis zu deren Austrittsbereich durchströmt und dort aus diesen austritt. Durch die Maßnahme, die Zuführkanäle 5 so zu gestalten, daß der Strömungswiderstand bei hohen Drehzahlen minimiert wird, tritt der Kühlschmierstoff selbst bei hochtourigen Schleifscheiben rückstaulos aus den Austrittsöffnungen der Zuführkanäle 5 aus. Das Aufnahmevolumen 11 wird durch einen Lagerträger 13 begrenzt, der mittels Schrauben 14 mit der Abdeckplatte 6 verbunden ist. Der Lagerträger 13, die Abdeckplatte 6 und der Grundkörper 2 bilden daher eine Einheit. Der Lagerträger 13 weist einen zylindrischen Ansatz 15 auf, der zur Aufnahme des Innenringes eines Kugellagers 16 dient, der mittels eines Sicherungsringes 17 im Lagerträger 13 in axialer Richtung festgelegt ist. Der Außenring des Kugellagers 16 ist von einem Lagerkörper 18 aufgenommen, der mit einem Lagerdeckel 19 verschraubt ist. Der Lagerdeckel 19 weist einen in das Innere des Lagerkörpers 18 ragenden zylindrischen Ansatz 21 auf, der den Außenring des Kugellagers 16 in axialer Richtung fixiert.
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Durch das Kugellager 16 wird die Schleifscheibenanordnung in eine rotierende Einheit und eine stationäre Einheit unterteilt, wobei am den Außenring der Kugellagers 16 fixierenden Lagerdeckel 19 ein Anschlag 22 befestigt sein kann, der am Gehäuse 1 der Hochleistungsschleifmaschine anliegt und hierdurch eine Drehbewegung der stationären Einheit verhindert.
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Durch die Unterteilung der Hochleistungs-Schleifscheibe in eine rotierende und eine stationäre Einheit, können auch die sich bei hohen Drehzahlen und hohen Drücken ergebenden Dichtungsprobleme insoweit relativ einfach gelöst werden, als keine rotierenden Teile gegenüber stationären Teilen abgedichtet werden müssen.
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In der stationären Einheit ist eine Verteilereinrichtung 23 für den Kühlschmierstoff angeordnet, die eine innere Hülse 24 und eine äußere Hülse 25 aufweist, die beide koaxial zur Drehachse der Hochleistungs-Schleifscheibe angeordnet sind. An die innere Hülse 24 ist die Zuführleitung 12 für den Kühlschmierstoff angeschlossen. Da die innere Hülse 24 nicht an der Rotationsbewegung von Grundkörper 2 und Abdeckplatte 6 teilnimmt, kann die Verbindung zwischen ihr und der Zuführleitung 12 mittels einer handelsüblichen Schlauchkupplung gebildet sein.
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Die äußere Hülse 25 weist im Bereich ihres dem Grundkörper 2 bzw. der Abdeckplatte 6 zugekehrten Endes einen zylindrischen Ansatz 26 auf, der in den Bereich der beiden Bohrungen 4 bzw. 9 und somit in das Aufnahmevolumen 11 ragt. Wie hierzu aus 3 hervorgeht, weist der Ansatz 26 die Form einer halbkreisförmigen Scheibe auf. An der Unterseite des Ansatzes 26 der äußeren Hülse 25 ist mittels Schrauben 27 eine topfförmig ausgebildete Trennplatte 28 befestigt. Diese leitet den Kühlschmierstoff in den stationären Teil und verhindert gleichzeitig, daß der Kühlschmierstoff mit der Grundfläche der im Grundkörper 2 vorgesehenen Innenbohrung 4 in Berührung kommt und durch die der Schleifgeschwindigkeit entsprechende Rotation des Grundkörpers 2 verwirbelt wird.
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Auch die innere Hülse 24 weist im Bereich ihres unteren Endes einen zylindrischen Ansatz 35 auf, der von einer halbkreisförmigen Scheibe gebildet wird. Die beiden Hülsen 24, 25 sind zwar stationär angeordnet, jedoch sind beide um die Drehachse der bei Hochleistungs-Schleifscheibe um jeweils einen bestimmten Betrag schwenkbar. Demgemäß ist die äußere Hülse 25 im Lagerträger 13 schwenkbar gelagert, während die innere Hülse 24 in der äußeren Hülse 25 schwenkbar gelagert ist, wobei zwischen den beiden Hülsen 24, 25 ein als 0-Ring ausgebildeter Dichtungsring 29 angeordnet sein kann.
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Beide Hülsen 24, 25 sind im Bereich ihrer freien Enden mit jeweils einem nicht näher bezeichneten Außengewinde versehen, sodass die äußere Hülse 25 mittels eines Feststellringes 31 gegenüber dem Lagerdeckel 19 und die innere Hülse 24 mittels eines Feststellringes 32 gegenüber der inneren Hülse 24 axial verspannt werden kann. Dabei kann zwischen dem jeweiligen Feststellring 31 bzw. 32 und der Stirnseite des Lagerdeckels 19 bzw. den Stirnseiten der beiden Hülsen 24, 25 sowohl ein Spannring 33 als auch ein Dichtungselement 34 angeordnet sein.
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Damit lässt sich die Relativlage der beiden Hülsen 24, 25 durch Verschwenken entweder einer oder beider Hülsen 24, 25 sowohl die Anzahl der mit Kühlschmierstoff zu beaufschlagenden Zuführkanäle 5 und damit – bezogen auf das Werkstück – der Bereich des Austritts des Kühlschmierstoffes aus den Zuführkanälen 5 als auch die jeweilige Menge des austretenden Kühlschmierstoffes an die jeweilige Arbeitssituation anpassen.
