DE4328985A1

DE4328985A1 - Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE4328985A1
Application number: DE4328985A
Authority: DE
Original assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Current assignee: Ernst Thielenhaus GmbH and Co KG
Priority date: 1993-08-28
Filing date: 1993-08-28
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2013-08-29
Also published as: ES2069518T1; US5472373A; DE4328985C2; EP0640437A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken, insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz und Bremsscheiben topf, - mit Werkstückaufnahme und Schleifwerkzeugaufnahme, die um nach der konstruktiven Vorgabe parallele Achsen ihrer Antriebswellen rotieren. - Vorbearbeitete ring scheibenförmige Werkstücke bezeichnet solche, die ihre konstruktiv vorgegebene Endgeometrie durch eine spanende Bearbeitung, z. B. auf einer Drehbank, erfahren haben. Die spanende Formgebung hat jedoch auf der Oberfläche Bear beitungsspuren, z. B. spiralförmig verlaufende Bear beitungsspuren, hinterlassen. Diese stören je nach den Anforderungen, die an die ringscheibenförmigen Werkstücke im Einsatz in funktioneller Hinsicht gestellt werden. Sie stören insbes. bei Kraftfahrzeugbremsscheiben und beein trächtigen die Reproduzierbarkeit und Sicherheit des Bremsvorganges. Daher erfolgt in der Praxis regelmäßig noch eine korrigierende Feinschleifbearbeitung der in der beschriebenen Weise vorbearbeiteten ringscheibenförmigen Werkstücke.

Bei bekannten Vorrichtungen des eingangs beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus und der beschriebenen Zweckbe stimmung sind die Werkstückaufnahmen und die Werkzeugauf nahmen rotierende, jedoch starre Bauteile. Die Rotation erfolgt aus Toleranz gründen bei der Lagerung der Antriebs wellen, der nicht vollständigen Rundheit der Antriebs wellen und der Aufspannung der Werkzeuge bzw. Werkstücke nie ohne sog. Schlag, der in Kauf genommen werden muß. Wellen laufen grundsätzlich, wenn auch in engen Tole ranzen, unrund. Daraus resultieren bei einer Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus unkontrollierte Unge nauigkeiten an den fertig bearbeiteten Werkstücken, so daß diese hohen Qualitätsanforderungen nicht mehr genügen.

Bei der bekannten Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht (US 3,456,401), sind Maßnahmen verwirklicht, die ausreichend sicherstellen sollen, daß die fertig ge schliffenen kreisringförmigen Werkstücke, nämlich die Bremsscheibenkränze von Kraftfahrzeugbremsscheiben, plan parallele Oberflächen aufweisen. Auf der Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme befindet sich koaxial zur Achse der Antriebswelle die Gelenkkugel einer Einrichtung, die als Kugelgelenk funktionieren soll. Die mit einer hülsenförmigen Nabe auf diese Antriebswelle aufgesetzte Schleifwerkzeugaufnahme faßt mit einem Ring, der eine kugelgelenkschalenförmige Ausbildung aufweist, auf der dem Werkstück abgewandten Seite unter diese Gelenkkugel. Die Schleifwerkzeugaufnahme insgesamt ist von einer zentralen Schraubenfeder beaufschlagt, die den Ring mit der kugel gelenkschalenförmigen Ausbildung gegen die Gelenkkugel drückt. Die Gelenkkugel trägt zwei diametral einander gegenüberliegende Zapfen, die orthogonal zur Achse der Antriebswelle angeordnet und in Langlöchern der schon erwähnten hülsenförmigen Nabe geführt sind, so daß die Schleifwerkzeugaufnahme unter dem Einfluß der Schleif pressung gegen die Wirkung der Schraubenfeder zurückdrück bar ist. Daraus resultiert, daß das Kugelgelenk bei arbeitendem Schleifwerkzeug seine Gelenkfunktion verliert: Die hülsenförmige Nabe kann sich in bezug auf die Gelenk kugel, die Gelenkkugel kann sich nach Maßgabe der Passung der Zapfen der von dem Ring mit der kugelgelenkschalenför migen Ausbildung freien Gelenkkugel in den Langlöchern unkontrolliert bewegen, wenn auch nur in engen Grenzen. Sie sitzt insoweit, nach Maßgabe der vorgegebenen Tole ranzen, lose in der hülsenförmigen Nabe. Das führt häufig zu rattermarkenähnlichen Strukturen auf den durch den Schleifvorgang bearbeiteten Oberflächen. Zur Ausbildung dieser störenden Strukturen trägt im übrigen bei, daß mit einer Schraubenfeder gearbeitet wird und daß das Schleif werkzeug eine Schleifscheibe ist, die zusätzlich großflächige Unebenheiten mitbringt. Im Ergebnis ist fest zustellen, daß auch die insoweit bekannten Maßnahmen hohen Qualitätsanforderungen in bezug auf die bearbeiteten Werk stücke nicht genügen und verbesserungsbedürftig sind.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung mit geringem Aufwand so weiter auszubilden, daß die bearbeiteten Werkstücke in bezug auf die bearbeiteten Oberflächen auch extrem hohen Qualitätsanforderungen genügen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken, insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit ringscheibenförmigem Brems scheibenkranz und Bremsscheibentopf, - mit Werkstückauf nahme und Schleifwerkzeugaufnahme, die um nach der kon struktiven Vorgabe parallele Achsen ihrer Antriebswellen rotieren, wobei die Kombination der folgenden Merkmale verwirklicht ist:

a) Das Schleifwerkzeug ist ein Ringwerkzeug mit ring förmigem Schleifstein, der beim Schleifvorgang außen seitig über den Rand des ringscheibenförmigem Werk stückes vorkragt,
b) auf der orthogonal zur Achse der Antriebswelle angeord neten Stirnseite der Antriebswelle für die Schleifwerk zeugaufnahme befindet sich koaxial zur Achse der An triebswelle eine Kugelkalotte, die starr mit der An triebswelle verbunden ist,
c) das Ringwerkzeug besitzt eine zentrale, der Kugel kalotte angepaßte Kugelgelenkschale,
d) zwischen dem Ringwerkzeug und der Stirnseite der Antriebswelle für die Schleifwerkzeugaufnahme sowie, erforderlichenfalls, den Befestigungselementen für das Ringwerkzeug befinden sich gummielastische Abstützele mente,

wobei die Auslegung unter Zwischenschaltung von Spalt räumen so getroffen ist, daß das auf das ringscheibenför mige Werkstück mit Schleifpressung aufgesetzte Ringwerk zeug mit dem ringförmigen Schleifstein an dem ringschei benförmigen Werkstück eine Folgesteuerung mit Auslenkung um den Gelenkpunkt des aus der Kugelkalotte und der Kugelgelenkschale gebildeten Kugelgelenkes erfährt. Das Ringscheibenwerkzeug kann bei der erfindungsgemäßen Vor richtung als Topfwerkzeug ausgebildet sein, wobei der Boden des Topfwerkzeuges die Kugelgelenkschale aufweist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Ringwerkzeug aus einem Werkzeugträger sowie dem darauf befestigten ring förmigen Schleifstein aufzubauen, wobei der Werkzeugträger die Kugelgelenkschale aufweist.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Tatsache, daß die Kombination der Merkmale a) bis d) zu hohen Ober flächenqualitäten der bearbeiteten Werkstücke ohne erst durch den Feinschleifvorgang erzeugte störende Strukturen führt, wenn die Auslegung so getroffen ist, daß das auf das ringscheibenförmige Werkstück mit Schleifpressung auf gesetzte Ringwerkzeug mit dem ringförmigen Schleifstein an dem ringscheibenförmigen Werkstück eine Folgesteuerung mit Auslenkung um den Gelenkpunkt des aus der Kugelkalotte und der Kugelgelenkschale gebildeten Kugelgelenkes erfährt.

Es versteht sich, daß Spalträume so einzurichten sind, daß der von dem Kugelgelenk beherrschte Freiheitsgrad ausgenutzt werden kann. Es versteht sich ferner, daß diese Spalträume nur eine geringe Spaltdicke aufweisen, zumal die Ungenauigkeiten, die es zu beseitigen gilt, im µ-Be reich liegen. Es versteht sich außerdem, daß die gummi elastischen Abstützelemente unter Vorspannung angeordnet sein können. Ihre Shore-Härte wird den speziellen Verhält nissen angepaßt. In dem Merkmal, daß das auf das ring scheibenförmige Werkstück mit Schleifpressung aufgesetzte Ringwerkzeug mit dem ringförmigen Schleifstein an dem ringscheibenförmigen Werkstück eine Folgesteuerung er fährt, kommt zum Ausdruck, daß die Oberfläche des ring scheibenförmigen Werkstückes die Einstellung und Auslen kung um den Kugelgelenkpunkt nach Maßgabe ihrer Ungenauig keiten vornimmt. Positiv in bezug auf die Genauigkeit wirkt sich aus, daß das Schleifwerkzeug nicht mehr eine vollflächige Schleifscheibe ist, sondern in an sich be kannter Weise ein Ringwerkzeug mit ringförmigem Schleif stein, beispielsweise eine sog. Topfscheibe. Da nach der Lehre der Erfindung der ringförmige Schleifstein beim Schleifvorgang außenseitig über den Rand des ringscheiben förmigen Werkstückes vorsteht, erfolgt beim Aufsetzen dieses rotierenden Ringwerkzeuges auf die Oberfläche des zu schleifenden, bereits rotierenden Werkstückes ein Selbstschärfvorgang an dem Schleifstein selbst. Daraus resultiert, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei langer Betriebszeit Ungenauigkeiten, die darauf be ruhen, daß das Ringwerkzeug sich abarbeitet, nicht auf treten können.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Kugel kalotte als Halbkugel ausgebildet und an einen zylin drischen Kugelkalottenträger angeformt. Die gummi elastischen Abstützelemente bestehen zweckmäßigerweise aus einer Kreisringscheibe, welche die Kugelkalotte bzw. den Kugelkalottenträger umgibt, sowie aus Unterlegscheiben an den Befestigungsmitteln des Ringwerkzeuges an der An triebswelle für die Werkzeugaufnahme.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrich tung mit Werkstückaufnahme und Schleifwerkzeugauf nahme, letztere im Schnitt,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 im Maßstab der Fig. 2 den Ausschnitt B aus dem Gegenstand der Fig. 1 und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken 1, insbes. von Kraftfahrzeug bremsscheiben mit ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz 2 und Bremsscheibentopf 3. Eine solche Kraftfahrzeugbrems scheibe 2, 3 ist in den Fig. 1 und 4 angedeutet. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung gehören u. a. eine Werkstückaufnahme 4 sowie eine Schleifwerkzeugaufnahme 5, die um nach der konstruktiven Vorgabe parallele Achsen ihrer Antriebswellen 6 bzw. 7 rotieren. Die besondere Ausbildung der Schleifwerkzeugaufnahme 5 ist für die Erfindung wesentlich.

Man entnimmt aus den Figuren zunächst, daß das Schleif werkzeug ein Ringwerkzeug 8 mit ringförmigem Schleifstein 9 ist, der beim Schleifvorgang außenseitig über den Rand des ringscheibenförmigen Werkstückes 1 vorsteht. Auf der orthogonal zur Achse der Antriebswelle 6 angeordneten Stirnseite 10 der Antriebswelle 6 für die Schleifwerkzeug aufnahme 5 befindet sich koaxial zur Achse der Antriebs welle 6 eine Kugelkalotte 11, die starr mit der Antriebs welle 6 verbunden ist. Das Ringwerkzeug 8 besitzt eine zentrale, der Kugelkalotte 11 angepaßte Kugelgelenkschale 12. Insbes. aus den Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß zwischen dem Ringwerkzeug 8 und der Stirnseite 10 der Antriebswelle 6 für die Schleifwerkzeugaufnahme 5 sowie, erforderlichenfalls, den Befestigungselementen 13 für das Ringwerkzeug 8 gummielastische Abstützelemente 14 angeord net sind.

Die Anordnung und Auslegung ist unter Zwischenschaltung von Spalträumen 15, die ebenfalls insbes. in den Fig. 2 und 3 mit übertriebener Spaltweite erkennbar sind, so getroffen, daß das auf das ringscheibenförmige Werkstück 1 mit Schleifpressung aufgesetzte Ringwerkzeug 8 mit dem ringförmigen Schleifstein 9 an dem ringscheibenförmigen Werkstück 1 eine Folgesteuerung mit Auslenkung um den Gelenkpunkt 16 des aus der Kugelkalotte 11 und der Kugelgelenkschale 12 gebildeten Kugelgelenkes 11, 12 er fährt.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Ringwerkzeug 8 als Topfwerkzeug ausgebildet und der Boden 17 des Topf werkzeuges trägt die Kugelgelenkschale 12. Bei der Aus führungsform nach den Fig. 1 bis 3 besteht das Ringwerk zeug 8 aus einem Werkzeugträger 18 sowie dem darauf befestigten ringförmigen Schleifstein 9, wobei der Werk zeugträger 18 gleichsam in seinem Boden die Kugelgelenk schale 12 aufweist. Die Kugelkalotte 11 ist im Aus führungsbeispiel als Halbkugel ausgebildet und an einen zylindrischen Kugelkalottenträger 19 angeformt.

Die gummielastischen Abstützelemente bestehen im Aus führungsbeispiel aus einer Kreisringscheibe, welche die Kugelkalotte 11 bzw. den Kugelkalottenträger 19 umgibt, sowie aus Unterlegscheiben 20 an den Befestigungsmitteln 13 des Ringwerkzeuges 8 an der Antriebswelle 6 für die Schleifwerkzeugaufnahme 5.

In den Fig. 1 und 4 deuten strichpunktierte Linien über trieben die möglichen Auslenkungen an.

Claims

1. Vorrichtung zum Feinschleifen von vorbearbeiteten, ringscheibenförmigen metallischen Werkstücken (1), insbes. von Kraftfahrzeugbremsscheiben mit ringscheibenförmigem Bremsscheibenkranz (2) und Bremsscheibentopf (3), - mit
Werkstückaufnahme (4) und Schleifwerkzeugaufnahme (5),
die um nach der konstruktiven Vorgabe parallele Achsen ihrer Antriebswellen (6, 7) rotieren, wobei die Kombi nation der folgenden Merkmale verwirklicht ist:

a) das Schleifwerkzeug ist ein Ringwerkzeug (8) mit ringförmigem Schleifstein (9), der beim Schleif vorgang außenseitig über den Rand des ring scheibenförmigen Werkstückes (1) vorkragt,
b) auf der orthogonal zur Achse der Antriebswelle (6) angeordneten Stirnseite (10) der Antriebs welle (6) für die Schleifwerkzeugaufnahme (5) befindet sich koaxial zur Achse der Antriebswelle (6) eine Kugelkalotte (11), die starr mit der Antriebswelle (6) verbunden ist,
c) das Ringwerkzeug (8) besitzt eine zentrale, der Kugelkalotte (11) angepaßte Kugelgelenkschale (12),
d) zwischen dem Ringwerkzeug (8) und der Stirnseite (10) der Antriebswelle (6) für die Schleifwerk zeugaufnahme (5) sowie, erforderlichenfalls, den Befestigungselementen (13) für das Ringwerkzeug befinden sich gummielastische Abstützelemente (14),

wobei die Auslegung unter Zwischenschaltung von Spalt räumen (15) so getroffen ist, daß das auf das ringschei benförmige Werkstück (1) mit Schleifpressung aufgesetzte Ringwerkzeug (8) mit dem ringförmigen Schleifstein (9) an dem ringscheibenförmigen Werkstück (1) eine Folgesteuerung mit Auslenkung um den Gelenkpunkt (16) des aus der Kugelkalotte (11) und der Kugelgelenkschale (12) gebil deten Kugelgelenkes (11, 12) erfährt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ringwerkzeug (8) als Topfwerkzeug ausgebildet ist und der Boden (17) des Topfwerkzeuges die Kugelgelenkschale (13) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ringwerkzeug (8) aus einem Werkzeugträger (18) sowie dem darauf befestigten ringförmigen Schleifstein (9) besteht und der Werkzeug träger (18) die Kugelgelenkschale (12) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kugelkalotte (11) als Halbkugel ausgebildet und an einen zylindrischen Kugelkalottenträger (19) angeformt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gummielastischen Abstützelemente (14) aus einer Kreisring scheibe, welche die Kugelkalotte (11) bzw. den Kugel kalottenträger (19) umgibt, sowie aus Unterlegscheiben (20) an den Befestigungsmitteln (13) des Ringwerkzeuges (8) an der Antriebswelle (6) für die Werkzeugaufnahme (5) bestehen.