DE19530462A1 - Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Oberflächenbearbei­ tung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Werkzeug ist Gegenstand der älteren Patent­ anmeldung P 44 47 036.3.

Bei ihm enthält der Arbeitsabschnitt Keramikmaterial in Form von abgelängten extrudierten Keramikstäben, die in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind und zusätz­ lich über Formschlußverbindungen miteinander verbunden sein können.

Auf diese Weise kann man ein Oberflächen-Bearbeitungswerk­ zeug herstellen, welches gute Standzeiten und hohe Genauig­ keit der Oberflächenbearbeitung vereinigt. Das Anordnen der einzelnen Keramikstäbe bzw. ihr Zusammenbauen fordert jedoch einige Zeit.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu weitergebildet werden, daß die Herstellung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Werk­ zeug mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei den erfindungsgemäß Werkzeug hat man weiterhin einen harten und gute abrasive Eigenschaften aufweisenden Arbeitsabschnitt und einen demgegenüber zähen und schlag­ festen Tragabschnitt, wobei durch die im Arbeitsabschnitt vorgesehenen Schlitze ein Teil der Elastizität des Tragab­ schnittes in den Arbeitsabschnitt hineingetragen wird, dieser also weniger spröde ist als ein durchgehender Keramik-Arbeitsabschnitt.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug kann der Arbeitsab­ schnitt eine sehr einfache Grundgeometrie haben, z. B. die Form eines Ringes, und durch die durch die Schlitze vermittelte Segmentierung des Ringes erhält man eine geringfügig elastische Lagerung der einzelnen Segmente des Arbeitsabschnittes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 bis 5 sind im Hinblick auf in Umfangsrichtung gleiche abrasive Eigenschaften des Werkzeuges und in Umfangsrich­ tung gleiche mechanische Festigkeit und Elastizität des Arbeitsabschnittes des Werkzeuges von Vorteil.

Für viele Anwendungsfälle ist es ausreichend, wenn die Rückseite des Arbeitsabschnittes im wesentlichen glatt ist und durch Verkleben oder Angießen mit dem Tragab­ schnitt verbunden ist. Mit den Weiterbildungen der Erfin­ dung gemäß den Ansprüchen 6 bis 12 wird eine Verbesserung der Bindung zwischen Arbeitsabschnitt und Tragabschnitt für Anwendungen erhalten, in welchen eine höhere mechani­ sche Festigkeit der Verbundstruktur aus Arbeitsabschnitt und Tragabschnitt notwendig ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 sorgt für eine zusätzliche seitliche bzw. in Umfangsrichtung wirksame Abstützung der einzelnen Segmente des Arbeits­ abschnittes, was für sehr hohe mechanische Belastungen des Werkzeuges von Vorteil ist.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird dabei erreicht, daß man die in dem Arbeitsabschnitt vorgesehenen Schlitze etwas breiter wählen kann, ohne daß man lokal eine sehr starke Erniedrigung der abrasiven Eigenschaften des Arbeitsabschnittes in Kauf nehmen müßte.

Mit dem im Anspruch 15 angegebenen Verfahren läßt sich ein Oberflächen-Bearbeitungswerkzeug mit segmentierter keramischem Arbeitsabschnitt auf sehr einfache Weise herstellen. Der den späteren Arbeitsabschnitt bildende keramische Rohling hat sehr einfache Grundgeometrie und läßt sich einstückig handhaben, solange er noch nicht mit dem Tragabschnitt verbunden ist.

Bei dem im Anspruch 16 angegebenen Verfahren erfolgt ein zerspanendes Formgeben des Arbeitsabschnittes unter verhältnismäßig großem Materialabtrag bevor die Schlitze in den Arbeitsabschnitt geschnitten werden. Dies bedeutet, daß der Arbeitsabschnitt während seiner Formgebung noch praktisch starr ist, so daß die Formgebung mit sehr hoher Präzision erfolgen kann. Das Einschneiden der in der Praxis schmalen Schlitze erfolgt unter nur geringer Krafteinwirkung, so daß hierdurch keine oder nur eine sehr geringfügige Änderung der Formstruktur der Arbeits­ fläche des Werkzeuges erfolgt.

Gemäß dem im Anspruch 17 angegebenen Verfahren kann man eine letzte Formgebung der Arbeitsfläche des Werk­ zeuges noch nach dem Einschneiden der Schlitze durch­ führen. Bei dieser Formgebung werden dann durch das Einschneiden der Schlitze etwa noch induzierte Formab­ weichungen in der Formstruktur ausgeräumt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine axiale Aufsicht auf einen Honring zur Endbearbeitung von schräg verzahnten Ritzeln, wobei in drei Quadranten unterschiedliche Ausführungsbeispiele des Honringes wiederge­ geben sind und der vierte Quadrant einen Zwi­ schenschritt bei der Herstellung des Honringes darstellt;

Fig. 2 einen radialen Schnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Honring längs der dortigen Schnitt­ linie II-II, um 90° gedreht; und

Fig. 3 bis 9 ähnliche Schnitte wie Fig. 2, in welchen abgewandelte Ausführungsbeispiele für einen Honring wiedergegeben sind.

Der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebene Honring hat einen radial innenliegenden Arbeitsabschnitt 10 sowie einen äußeren mit dem Arbeitsabschnitt 10 verbundenen Tragabschnitt 12. Der Arbeitsabschnitt 10 ist aus abra­ sivem Keramikmaterial hergestellt, z. B. Hartmetall, harten Oxiden, Nitriden, Carbiden oder CBN, welche kera­ misch gebunden sind. Beim hier betrachteten Ausführungs­ beispiel hat der Arbeitsabschnitt 10 die Grundform eines Ringes mit rechteckigem Querschnitt, wobei an seine außenliegende Umfangsfläche eine schwalbenschwanzförmige Verankerungsrippe 14 angeformt ist, die sich über den gesamten Umfang erstreckt.

Der Tragabschnitt 12 besteht aus einem verhältnismäßig harten, jedoch noch etwas elastischem Kunststoffmaterial, z. B. Epoxidharz mit einem geeigneten Füllstoff (z. B. Sand, gemahlenes Glas und dergleichen).

Der Tragabschnitt 12 ist an den Arbeitsabschnitt 10 in einer entsprechenden Form so angegossen, daß er glei­ che axiale Abmessung hat. Bei diesem Außen-Angießen sind schwalbenschwanzförmige Halterippen 16, 18 um die Verankerungsrippe 14 des Arbeitsabschnittes 10 erzeugt worden.

In den wie oben erzeugten Honring-Rohling kann man durch spanendes Bearbeiten eine Formstruktur einarbeiten, beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel eine Negativ­ form einer Schrägverzahnung zu deren Endbearbeitung auf einem außen verzahnten Ritzel der Honring eingesetzt werden soll.

Die in Fig. 1 insgesamt mit 20 bezeichnete Formstruktur besteht somit aus Zahnrippen 22 mit wendelförmiger Achse und zwischen den Zahnrippen 22 verbleibenden wendelförmigen Zahnnuten 24.

Im rechts oben liegenden Quadranten des Honringes sind in der Mitte der Zahnrippen 22 Schlitze 26 vorgesehen, deren Achse gemäß der Steigung der Zahnrippen 22 wendel­ förmig verläuft. Der Boden der Schlitze 26 liegt radial außerhalb der Verankerungsrippe 14, das heißt, die Schlitze 26 unterteilen den Arbeitsabschnitt 10 in einzelne Segmente 28. Jedes dieser Segmente ist durch den auf ihn entfal­ lenden Abschnitt der Verankerungsrippe 14 fest mit dem Tragabschnitt 12 verbunden. Aufgrund dieser Ausbildung des Honringes können die Segmente 28 bei starker mechanischer Belastung geringfügig in Umfangsrichtung ausweichen bzw. geringfügig um eine zur Zeichenebene von Fig. 1 senkrechte Achse verkippen.

In dem in Fig. 1 links oben gelegenen Quadranten des Honringes sind Schlitze 30 bei der Mitte des Bodens der Zahnnuten 24 vorgesehen. Auch der Boden dieser Schlitze 30 liegt radial außerhalb der Verankerungsrippe 14, so daß man Segmente 32 des ringförmigen Arbeitsabschnittes 10 erhält, die wiederum durch den auf sie entfallenden Abschnitt der Verankerungsrippe 14 fest mit dem Tragab­ schnitt verbunden sind, jedoch geringfügig unter elasti­ scher Verformung der benachbarten Abschnitte des Tragab­ schnittes 12 in Umfangsrichtung verschiebbar bzw. um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse verkippbar sind. Die Schlitze 30 verlaufen wieder gemäß der Steigung der Zahnrippen 22 und der Zahnnuten 24 wendelförmig.

In dem in Fig. 1 links unten liegenden Quadranten hat man Schlitze 34, deren Winkelabstand nicht mit dem Winkel­ abstand der Zahnrippen 22 bzw. der Zahnnuten 24 überein­ stimmt. Auf diese Weise ergibt sich eine "Schwebung" zwischen den Zahnrippen 22 und den Schlitzen 34. Durch diese Schwebung wird erreicht, daß die mit dem Honring bearbeiteten Flächen des Ritzels im Laufe der Bearbeitung, bei welcher das Ritzel auf der Innenfläche des Honringes abgewälzt wird, an allen Stellen mit abrasivem Material in Berührung kommen. Ein weiterer Vorteil, den man da­ durch erhält, daß man die Teilung der Schlitze 30 nicht auf die Teilung der Formstruktur 20 abstimmt ist der, daß man den Schlitzen 34 auch keine spezielle Form zu geben braucht. Die Schlitze 34 liegen einfach ein axialen Ebenen, sind also geradlinig. Bei den Ausführungsbeispie­ len nach den zuvor beschriebenen beiden Quadranten des Honringes waren dagegen die Schlitz so gelegt, daß sie in eine bearbeitungsmäßig nicht kritische Fläche ausmün­ deten, die Zahnflanken voll durchgehend waren.

Im übrigen geben die Schlitze 34 wieder Segmente 36 vor, die geringfügig verlagert und verkippt werden können.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, welches im wesent­ lichen denjenigen nach den Fig. 1 und 2 entspricht, sind die Schlitze 26 (und analog die Schlitze 30, 34 bei den abgewandelten Ausführungsbeispielen) mit einem harten elastischen Füllmaterial 38 ausgefüllt, welches z. B. ein ausgehärtetes, im nicht ausgehärteten Zustand gut flüssiges Kunststoffmaterial umfassen kann, z. B. Epoxidharz. Im Füllmaterial 38 sind in einer Kunstoffmatrix 40 Füllpartikel 42 eingebettet. Diese können z. B. Sand oder dergleichen sein, vorzugsweise handelt es sich um fein gemahlene abrasive Partikel aus solchem Materia­ lien, aus welchen auch der Arbeitsabschnitt 10 hergestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind auf die Ver­ ankerungsrippe 14 weitere Verankerungsrippen 44, 46 mit zunehmend abnehmender Breite aufgesetzt, so daß man insgesamt eine tannenbaumähnliche Verankerungsstruk­ tur erhält.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist an die Außen­ fläche des Arbeitsabschnittes 10 eine flanschförmige Umfangsrippe 48 angeformt, welche mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung verteilter Öffnungen 50 versehen ist, welche das Material des Tragabschnittes 12 beim Angießen desselben ausfüllt. Auch auf diese Weise er­ hält man zusätzlich zur Klebverbindung zwischen Tragab­ schnitt und Arbeitsabschnitt eine Formschlußverbindung.

Zum gleichen Zwecke sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 in die Außenfläche des Arbeitsabschnittes 10 grobe Haftpartikel 52 eingebettet, derart, daß sie mit einem erheblichen Teil über die Oberfläche des Arbeits­ abschnittes 10 überstehen. Diese Partikelabschnitte werden dann beim Angießen des Tragabschnittes 12 in dessen Kunstharzmaterial eingebettet, so daß man wieder eine Formschlußverbindung zwischen Arbeitsabschnitt und Tragabschnitt erhält.

Einen solchen kann man gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 auch so herstellen, daß man in den Arbeits­ abschnitt 10 eine Lage 54 einbettet, welche durch ein Drahtgestrick gebildet ist, wobei letzteres so gewählt ist, daß ein Teil der Drahtschlaufen 56 des Gestrickes über die außenliegendes Umfangsfläche des Arbeitsab­ schnittes 10 übersteht und somit wiederum beim Angießen des Tragabschnittes 12 in dessen Kunststoffmaterial eingebettet wird.

Es versteht sich, daß man bei Anwendungsfällen, in wel­ chen eine Formschlußverbindung zwischen dem Arbeitsab­ schnitt 10 und dem Tragabschnitt 12 nicht notwendig ist, die durch die Klebstoffuge gewährleisteten Binde­ kräfte zwischen diesen Teilen des Honringes ausreichen, auf eine Verankerungsrippe und andere Verankerungsmittel verzichten kann, wie sie oben stehend auf die Fig. 4 bis 7 erläutert wurden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind in die Außen­ fläche des Arbeitsabschnittes 10 zwei axial beabstandete Verankerungsnuten 58, 60 eingestochen, welche beim Angießen des Tragabschnittes 12 mit Kunstharz ausgefüllt wurden, so daß der Tragabschnitt 12 mit zwei Verankerungsrippen 62, 64 in den Arbeitsabschnitt 10 eingreift.

Diese Art der Formschlußverbindung zwischen Arbeitsab­ schnitt und Tragabschnitt läßt sich ausgehend von einem besonders einfache, glatte Form aufweisenden Arbeitsab­ schnitt-Rohling herstellen und eignet sich auch gut für eine Kleinserienfertigung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 unterscheidet sich von dem nach Fig. 8 dadurch, daß die beiden Verankerungs­ nuten 58, 60 in entgegengesetzter Richtung angestellt sind, so daß die beiden Formschlußverbindungen zusammen eine schwalbenschwanzähnliche Struktur bilden, welche aber aus zwei jeweils nicht hinterschnittenen und damit mechanisch einfach spanend herstellbaren Komponenten besteht.

Claims (17)

1. Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken, insbesonder Hornring oder Feinring, mit einem Keramik­ material enthaltenden Arbeitsabschnitt (10) und einem mit diesem verbundenen Tragabschnitt (12) aus verglichen mit dem Material des Arbeitsabschnittes zähem Material, welches insbesondere eine Kunststoffmatrix (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsabschnitt (10) flächig mit dem Tragabschnitt (12) verbunden ist und durch eine Mehrzahl von Schlitzen (26; 30; 34) unterbro­ chen ist, welche sich mit radialer Erstreckungskomponente von der mit dem Werkstück zusammenarbeitenden Arbeitsflä­ che des Arbeitsabschnittes (10) bis in die Nähe der Stoß­ fläche zwischen Arbeitsabschnitt (10) und Tragabschnitt (12) oder vorzugsweise bis in den Tragabschnitt (10) hinein erstrecken.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (26; 30) unter regelmäßigem Abstand angeordnet sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, wobei die Arbeitsfläche des Arbeitsabschnittes (10) mit einer periodischen Formstruktur (20) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Schlitze (26; 30) mit der Teilung der Formstruktur (20) übereinstimmt.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, wobei die Formstruktur (20) durch eine Aufeinanderfolge von Zahnrippen (22), insbesondere Zahnrippen einer Schrägverzahnung ge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze (26) längs der Mittelflächen der Zahnrippen (22) er­ strecken.

5. Werkzeug nach Anspruch 3, wobei die Formstruktur (20) durch eine Aufeinanderfolge von Zahnrippen (22), insbesondere Zahnrippen einer Schrägverzahnung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlit­ ze (30) längs der Mittelfläche der zwischen den Zahnrip­ pen liegenden Zahnnuten (24) erstrecken.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Tragabschnitt (12) verbundene Oberfläche des Arbeitsabschnittes (10) Ver­ ankerungsmittel (14, 44, 46; 48, 50; 52; 54) trägt, die in den Tragabschnitt (12) eingebettet sind.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel mindestens eine Schwal­ benschwanzrippe (14, 44, 46) aufweisen.

8. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verankerungsmittel mindestens eine mit Unterbrechungen oder Ausnehmungen (50) ver­ sehene Verankerungsrippe (48) aufweisen.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel in den Arbeitsabschnitt (10) teilweise eingebettete grobkörnige Verankerungspartikel (52) aufweisen.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel in den Arbeitsabschnitt (10) teilweise eingebettete Drahtab­ schnitte, insbesondere Drahtschlaufen (56) eines Gewebes oder Gestrickes (54) aufweisen.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel mindestens eine in die dem Tragabschnitt (12) zugewandte Oberfläche des Arbeitsabschnittes (10) eingestochene Verankerungsnut (58, 60) aufweist, in welche jeweils eine an den Tragab­ schnitt (12) angeformte Verankerungsrippe (62, 64) ein­ greift.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsnuten (58, 60) schräg zur dem Tragabschnitt (12) zugewandten Oberfläche verlaufen, vorzugsweise paarweise entgegengesetzt geneigt sind.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (26; 30; 34) mit hartem elastischen Füllmaterial (38), insbesondere Kunst­ harz ausgefüllt sind.

14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (38) abrasive Partikel (42) enthält.

15. Verfahren zum Herstellen eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Herstellen eines Arbeitsabschnittes (10) aus Keramik­ material umfassendem Material;
• b) Verbinden eines getrennt hergestellten Tragabschnittes mit dem Arbeitsabschnitt; oder
• b′) Anformen, z. B. Angießen oder Anspritzen des Tragab­ schnittes (12) an den Arbeitsabschnitt (10); und
• c) nach Verfestigen der Stoßfläche zwischen Arbeitsab­ schnitt (10) und Tragabschnitt (12) Einschneiden der Schlitze (26; 30; 34) in den Arbeitsabschnitt und ggf. den benachbarten Randabschnitt des Tragab­ schnittes, z. B. unter Verwendung eines Diamantwerk­ zeuges.

16. Verfahren nach Anspruch 14 zur Herstellung eines mit einer Formstruktur (20) versehenen Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstruktur (20) in dem Arbeitsabschnitt (10) vor dem Verfahrenschritt c) erzeugt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschneiden der Schlitze (26; 30; 34) eine Feinbearbeitung der Formstruktur (20) durchge­ führt wird.