DE3802792C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Rund- und/oder Pro­ filschleifen mit einer Aufnahme für ein Werkstück und mit einem zu Rotation antreibbaren, einen Schleifbelag aufweisenden Werk­ zeug.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (Prospekt "studer varia" der F. Fritz Studer AG, CH-3602 Thun) sind die Aufnahme für das Werkstück und das Schleifwerkzeug jeweils auf mit Vorschüben versehenen Schlitten angeordnet und einander zustellbar. Dabei ist es auch bekannt, für das sogenannte Schrägeinstechen die Achse des Schleifwerkzeugs schräg zur Rotationsachse des Werkstückes anzuordnen, um an dem Werkstück Schultern zu schleifen.

Bei derartigen Vorrichtungen werden Schleifwerkzeuge in Form von Scheiben verwendet, die auf ihrem Außenumfang mit einem Schleifbelag versehen sind. Mittels derartiger Vorrichtungen ist es möglich, Werkstücke rundzuschleifen und/oder auch Pro­ file anzuschleifen, beispielsweise in Form von Einstichen mit radialen oder konischen Schultern. Wenn dabei linke und rechte Schultern an einem Werkstück geschliffen werden sollen, so ist es in der Regel notwendig, das Werkstück umzuspannen. Ein der­ artiges Umspannen schließt häufig die Gefahr einer Ungenau­ igkeit ein.

Bei Vorrichtungen zum Abtrennen von Scheiben von einem stangenförmigen Material (US-PS 30 39 235, US-PS 34 91 742) ist es bekannt, sehr dünne, ringförmige Trennschleifscheiben zu verwenden, die an ihrem Innenumfang mit einem Schleifbelag versehen sind. Derartige Vorrichtungen können nicht zum Rund- und/oder Profilschleifen eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Schleifvorgang rationalisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Schleifwerkzeug als ein Ring gestaltet ist, der auf seinem Innenumfang mit dem Schleifbelag versehen ist und dessen Rotationsachse mit der Rotationsachse der Aufnahme und damit des Werkstückes in einer gemeinsamen Ebene liegt, wobei die beiden Rotationsachsen innerhalb dieser gemeinsamen Ebene zueinander geneigt angeordnet sind.

Durch die Verwendung eines derartigen Schleifwerkzeuges ergeben sich mehrere überraschende Vorteile. Zum einen ist es möglich, gegenüberliegende Schultern eines Werkstückes, sogenannte rech­ te und linke Schultern, mit der gleichen Einspannung zu bear­ beiten, insbesondere wenn die Rotationsachse des Schleifwerk­ zeuges zu der Rotationsachse des Werkstückes geneigt ist. Das Schleifwerkzeug kann beide Schultern erreichen, indem nur die entsprechenden Vorschübe betätigt werden und ohne daß das Werk­ stück umgespannt werden muß. Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil besteht darin, daß sich mit dem neuartigen Schleifwerk­ zeug wesentlich höhere Schleifgeschwindigkeiten und damit we­ sentlich kürzere Bearbeitungszeiten verwirklichen lassen. Bei den herkömmlichen Schleifwerkzeugen ist die Schleifgeschwindig­ keit, d.h. die Umfangsgeschwindigkeit des Schleifbelages vor allem durch die auftretenden Fliehkräfte beschränkt, die bei Überschreiten von bestimmten Drehzahlgrenzen zu einer Zerstö­ rung des Schleifbelages führen. Bei dem neuartigen Schleifwerk­ zeug dagegen ist der Schleifbelag gegenüber den Fliehkräften mittels des Innenumfangs des Ringes abgestützt, so daß die auf den Schleifbelag einwirkenden Fliehkräfte praktisch keine Be­ grenzung mehr für die Höhe der Schleifgeschwindigkeit darstel­ len. Es muß lediglich dafür Sorge getragen werden, daß das ringförmige Schleifwerkzeug selbst und seine Halteelemente den bei hohen Drehzahlen auftretenden Fliehkräften standhalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das ringförmige Schleifwerkzeug in einem ringförmigen Halter gehalten ist, der drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb verbunden ist.

Um in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine möglichst kom­ pakte Bauweise zu ermöglichen, wird vorgesehen, daß der ring­ förmige Halter als Rotor eines Elektromotors ausgebildet ist. Dadurch läßt sich eine raumsparende Anordnung verwirklichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der ringförmige Halter mittels einer Gaslagerung gelagert ist. Eine derartige Gaslagerung erlaubt sehr hohe Drehzahlen, ohne daß ein wesentlicher Verschleiß auftritt.

Der Halter für das Schleifwerkzeug, der mitrotiert, ist den gleichen hohen Fliehkräften ausgesetzt, so daß er für sehr hohe Drehzahlen entsprechend ausgelegt werden muß. Um höchste Dreh­ zahlen bei relativ großen Durchmessern für das ringförmige Schleifwerkzeug zuzulassen, wird in weiterer Ausgestaltung vor­ gesehen, daß der ringförmige Halter als ein Verbundkörper aus­ gebildet ist, der einen das Schleifwerkzeug aufnehmenden Grund­ körper aus Metall und eine diesen umgebende Verstärkung auf­ weist. Der Grundkörper aus Metall hat im wesentlichen die Auf­ gabe, die Formstabilität zu gewährleisten, während die ihn um­ gebende Verstärkung die bei extrem hohen Drehzahlen von 10 000 min^-1 und mehr auftretenden Kräfte aufnehmen soll. Dabei wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgese­ hen, daß die Verstärkung aus in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern gebildet ist, die in eine Matrix aus Kunststoff einge­ bettet sind. Hierfür eignen sich Kohlestoffasern oder auch un­ ter dem Handelsnamen "Keflar" bekannte Filamente, die mit Kunststoff getränkt und um den Grundkörper herumgewickelt wer­ den. Dabei wird vorgesehen, daß die Fasern dieser Verstärkungen unidirektional in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, so daß be­ sonders hohe Festigkeiten in Umfangsrichtung erhalten werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsform und den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Schleifvorrichtung, teilweise in axialer Richtung geschnitten,

Fig. 2 einen radialen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch ein ringförmiges Schleifwerkzeug und einen als Rotor eines Elektro­ motors ausgebildeten ringförmigen Halter für das Schleifwerkzeug und

Fig. 4 eine Ansicht des Halters nach Fig. 3 in axialer Richtung.

Die in Fig. 1 nur sehr schematisch dargestellte Vorrichtung be­ sitzt ein Futter (10), in welches ein Werkstück (11) einge­ spannt ist, das in seinem mittleren, einen geringeren Durchmes­ ser aufweisenden Bereich rundzuschleifen ist, der dann nach beiden Seiten von einer ebenfalls zu schleifenden Schulter be­ grenzt ist. Das Futter (10) ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Drehantrieb und auch einem Vorschubantrieb ver­ sehen, wie dies bei Schleifmaschinen allgemein üblich ist. Beim Schleifen rotiert das Werkstück um seine Achse (15).

Die Schleifarbeit wird mittels eines Schleifwerkzeuges (13) ausgeführt, das die Form eines Ringes aufweist, der um eine Ro­ tationsachse (14) zu Rotation angetrieben ist, und zwar gegen­ sinnig zu der Rotation des Werkstückes (11). Das ringförmige Schleifwerkzeug besitzt an seinem Innenumfang einen Schleifbe­ lag, wie später noch anhand von Fig. 3 erläutert ist. Das Schleifwerkzeug (13) ist in einen Halter (16) eingespannt, der ebenfalls eine ringförmige Gestalt aufweist. Dieser Halter (16) ist in einem stationären Bauteil (25) gelagert und in nicht nä­ her dargestellter Weise zu Rotationen angetrieben. Solange mit relativ niedrigen Drehzahlen gearbeitet wird, die allerdings schon gegenüber kreisförmigen Schleifscheiben zu erhöhten Ar­ beitsgeschwindigkeiten führen, könnte beispielsweise an dem Halter (16) ein Wirtel angebracht werden, über den der Halter (16) mit dem Schleifwerkzeug (13) mittels eines Riemens ange­ trieben werden könnte.

Die Rotationsachse (14) des Schleifwerkzeuges (13) liegt mit der Rotationsachse (15) des Futters (10) und damit des Werkzeu­ ges (11) in einer gemeinsamen Ebene (Fig. 2). Wie die Ansicht lotrecht zu dieser Ebene (Fig. 1) zeigt, sind die beiden Rota­ tionsachsen (14, 15) innerhalb dieser gemeinsamen Ebene zuein­ ander geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel beträgt zwischen 5° und 10°. Die stationäre Aufnahme (25), in welcher der Halter (16) gelagert ist, ist mittels eines Supports gehalten, der quer zur Rotationsachse (14) und gegebenenfalls auch in Längs­ richtung der Rotationsachse (14) ein Verstellen ermöglicht.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist mit dem sich zu seinem Innenumfang in seinem Querschnitt leicht trapezförmig erwei­ ternden Schleifwerkzeug (13) sowohl ein Rundschleifen als auch ein Schleifen von rechten und linken Schultern möglich, ohne daß die Einspannung des Werkstückes (11) geändert werden muß. Wie in Fig. 1 mit der Stellung (13′) des Schleifwerkzeuges (13) angedeutet ist, genügt es, über einen oder beide Vorschübe das Futter (10) und die Aufnahme (25) relativ zu verstellen, um diese Stellung (13′) zu erreichen. Wie aus Fig. 1 ferner zu er­ sehen ist, befinden sich die Arbeitsstellungen des Schleifwerk­ zeuges (13), d.h. die in Fig. 1 dargestellte Betriebsstellung und die Stellung (13′) bezüglich der Aufnahme (25) um 180° zu­ einander versetzten Stellen, so daß Toleranzen aufgefangen wer­ den.

In Abwandlung der dargestellten Ausführungsform ist es möglich, die Aufnahme (25) um eine lotrecht zur Rotationsachse (14) ver­ laufende Achse schwenkbar und einstellbar anzuordnen, so daß der Neigungswinkel zwischen den Rotationsachsen (14 und 15) des Werkzeuges (13) und des Werkstückes (11) eingestellt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Arten von Einspannungen und Mitnahmen für ein Werkstück vorzusehen, wobei alle Möglichkeiten in Betracht kommen, die bei Schleifmaschinen bekannt und möglich sind.

Bei höheren Drehzahlen ist es zweckmäßig, wenn trotz der not­ wendigen Abmessungen möglichst geringe Massen für das Schleif­ werkzeug und für dessen Halter (16) vorhanden sind, die ange­ trieben werden müssen. Es wird deshalb vorgesehen, daß der Hal­ ter (16) als Rotor eines Elektromotors ausgebildet ist, so daß ein Direktantrieb erhalten wird. Die Aufnahme (25) kann dann als der zugehörige Stator ausgebildet werden. Gegebenenfalls kann auch ein separater Stator vorgesehen werden, so daß die Lagerung des Halters (16) von dem Stator getrennt ist. In Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem der Halter (16) eines ringförmigen Schleifwerkzeuges (13) als Rotor eines Elektromotors ausgebildet ist. Die Darstellung er­ folgt in einem etwas vergrößerten Maßstab, wobei zu beachten ist, daß der Durchmesser des Schleifwerkzeuges (13) im Bereich seines Schleifbelages (12) etwa 380 mm und der Außendurchmesser des Halters (16) etwa 600 mm betragen kann. Der Werkstückdurch­ messer sollte etwa 3/4 des Innendurchmessers des ringförmigen Schleifwerkzeuges (13) nicht überschreiten.

Der Halter (16) ist mit Permanentmagneten (24) versehen, denen entsprechende Wicklungen des nur angedeuteten Stators (21) zu­ geordnet sind. Der Halter (16) wird innerhalb des Stators (21) mittels einer Gaslagerung gelagert, die in Fig. 3 nur schema­ tisch angedeutet ist. Der Halter (16) ist mit entsprechenden axialen und radialen Lagerflächen versehen, denen nur schema­ tisch angedeutete Öffnungen (26) des Stators (21) zugeordnet sind, über die ein Gas, insbesondere Luft, unter Überdruck zu­ geführt wird.

Um einen Halter (16) zu schaffen, der trotz der relativ großen Abmessungen auch noch bei den angestrebten sehr hohen Drehzah­ len von 10 000 min^-1 und mehr den auftretenden Fliehkräften standhält, ist der Halter (16) als ein Verbundkörper ausgebil­ det. Er besteht aus einem Grundkörper (22) aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, d.h. aus einem Material, das ein relativ günstiges Verhältnis von Festigkeit zu spezifischem Gewicht aufweist. Bei der darge­ stellten Ausführungsform ist der Grundkörper (22) mit auf einem Kreisring liegenden axialen Bohrungen versehen, in welche die Permanentmagneten (24) eingesetzt sind. Um eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, ist der Grundkörper (22) noch mit einer Verstärkung (23) umgeben. Diese Verstärkung (23) besteht im we­ sentlichen aus unidirektionalen Fasern, insbesondere Karbonfa­ sern, die um den Grundkörper (22) herumgewickelt und in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Beispielsweise kann hierfür ein Material verwendet werden, das in Kunststoff getränkt ist, beispielsweise in Epoxi und das in Form von Fäden mehrlagig auf den Grundkörper (22) aufgewickelt wird, auf wel­ chem es aushärtet. Die Außenflächen dieser Verstärkung (23) werden geschliffen, so daß sie die Lagerflächen für die Gasla­ gerung bilden. Der Anteil an Fasermaterial in der Verstärkung (22) beträgt etwa 80%, während die Kunststoffmatrix nur etwa 20% ausmacht.

In Abwandlung der dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, Permanentmagneten in anderer Weise an dem Halter (16) anzubringen, beispielsweise diese auf dem Außenumfang des Grundkörpers (22) unter Zwischenfügen von Füllstücken anzuord­ nen und mittels der anschließend aufgebrachten Verstärkung (23) zu halten. Ebenso ist es möglich, diese Permanentmagneten in­ nerhalb der Verstärkung (23) anzuordnen, wobei unter Umständen vorgesehen werden kann, daß ein Permantentmagnetmaterial in pulverförmiger Form in vorgegebener Weise bei dem Aufwickeln der Verstärkung (23) in vorgegebener Weise zugeführt wird.

Das in Fig. 3 dargestellte Schleifwerkzeug (13) besteht aus ei­ nem Metallring, beispielsweise einem Aluminiumring, dessen Querschnitt sich über etwa 1/3 seiner radialen Länge zum Innen­ umfang hin trapezförmig aufweitet. An dem Innenumfang ist ein Schleifbelag (12) angebracht. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, kann das Schleifwerkzeug (13) in etwa dem Querschnitt einer üb­ lichen Schleifscheibe entsprechen, d.h. allerdings in umgekehr­ ter Anordnung bezüglich der radialen Richtung. Das Schleifwerk­ zeug (13) liegt an einer radialen Spannfläche (20) des Grund­ körpers (22) an, an der es mittels Füllstücken (17, 18) und ei­ nes Spannringes (19) gehalten wird. Die Füllstücke (17, 18) be­ stehen ebenfalls aus einem Metall, vorzugsweise dem gleichen Metall wie das ringförmige Schleifwerkzeug (13), d.h. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Spannelement (19), das mit einem Außenkonus einer kegelförmigen Nut (27) des Grundkörpers (22) zugeordnet ist, besteht zweckmäßigerweise aus einem ande­ ren Material. Zweckmäßigerweise hat es einen niedrigeren Ela­ stizitätsmodul. Es kann beispielsweise aus einem schweren Kunststoff oder Messing oder auch Stahl bestehen. In Frage kommt auch ein relativ harter Gummi, beispielsweise ein Neopren mit einer Härte von etwa 75 shore. Das Spannelement (19) wird so ausgelegt, daß es sich in Folge der auftretenden Fliehkräfte elastisch verformt und erst bei der Nenndrehzahl eine Verspan­ nung des Werkzeuges (13) mit der Spannfläche (20) über die Füllstücke (17, 18) bewirkt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Rund- und/oder Profilschleifen mit einer Aufnahme für ein Werkstück und mit einem zu Rotation antreibbaren, einen Schleifbelag aufweisenden Schleifwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifwerkzeug (13) als ein Ring gestaltet ist, der auf seinem Innenumfang mit einem Schleifbelag (12) versehen ist, und dessen Rotationsachse (14) mit der Rotationsachse (15) der Aufnahme (10) und damit des Werkstückes (11) in einer gemeinsamen Ebene liegt, wobei die beiden Rotationsachsen (14, 15) innerhalb dieser gemeinsamen Ebene zueinander geneigt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Winkelstellung der Rotations­ achse (14) des Schleifwerkzeuges (13) und der Rotationsachse (15) des Werkstückes (11) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Schleifwerkzeug (13) in ei­ nem ringförmigen Halter (16) gehalten ist, der drehbar gelagert und mit einem Drehantrieb verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Halter (16) mit Mitteln (17, 18, 19) zum Einspannen des Schleifwerkzeuges (13) versehen ist, durch wel­ che das Schleifwerkzeug (13) gegen eine zur Rotationsachse (14) im wesentlichen radiale Spannfläche (20) verspannbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ringförmige Halter (16) als Rotor eines Elek­ tromotors ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Halter (16) mittels einer Gaslagerung gelagert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Halter (16) als ein Ver­ bundkörper ausgebildet ist, der einen das Schleifwerkzeug (13) aufnehmenden Grundkörper (22) aus Metall und eine diesen umge­ bende Verstärkung (23) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung (23) aus in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern gebildet ist, die in eine Matrix aus Kunststoff einge­ bettet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Grundkörper (22) Permanentmagneten (24) eingesetzt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die den Grundkörper (22) umgebende Verstärkung (23) Permanentmagneten (24) eingelagert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Grundkörper (22) umgebende Verstär­ kung (23) mit Lagerflächen für eine Gaslagerung versehen ist.