DE4424239C2 - Kühlbarer Schleifkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkopf nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 Eine solcher Schleifkopf ist in dem Gebrauchsmuster DE 94 03 099 U1 offenbart.

Schleifköpfe der genannten Art werden eingesetzt, um oftmals kompliziert gestaltete Bauteile von Turbomaschinen, z. B. Schaufeln, deren Fußprofile oder Dicht- oder Stützringe fein auf Sollmaß zu bearbeiten. Bei geforderten hohen Umfangs­ geschwindigkeiten und Zerspanleistungen entstehen hohe Temperaturbelastungen an der Schleifscheibe, deren körnigen Schleifflächen und am zu bearbeitenden Bauteil. Dadurch können unerwünschte Veränderungen der Bauteiloberflächen (Risse, De­ fekte) oder Bauteilverzug hervorgerufen werden. Zeitlich allzu frühzeitiger Ver­ schleiß oder gar Bruchgefahr der Schleifscheiben sind ebenfalls nicht auszuschlie­ ßen. Durch Wasserkühlung mittels düsenartig endender, örtlich gegen die Schleif­ scheibe gerichteter Zuleitungen kann den genannten Gefahren nur unzureichend Einhalt geboten werden. Dies liegt auch daran, daß bei einer Einrichtung der ge­ nannten Art im wesentlichen zwei "Temperaturherde" und deren Gefahren zu beherr­ schen sind; der eine "Temperaturherd" ist in dem einseitigen stets vorhandenen Nachschliff der Schleifscheibe durch eine Diamantrolle begründet, die eigenständig maschinengestützt angetrieben ist; der andere "Temperaturherd" resultiert aus dem Bauteilschleifprozeß selbst, im wesentlichen auf der von der Diamantrolle abge­ wandten Seite der Schleifscheibe.

Aus dem eingangs erwähnten Gebrauchsmuster ist ein kühlbarer Schleifkopf be­ kannt, bei welchem in der Schleifscheibe ausgebildete Kühlkanäle über einen Dich­ tungsring mit Kanalführungen für die Kühlfluidzufuhr in Verbindung stehen. Be­ standteil der Dichtung ist die Schleifscheibe selbst, so daß ein Wechsel der Scheibe eine Demontage der Dichtung erfordert.

Ein weiterer Schleifkopf ist in der DE 30 27 504 C2 offenbart, bei welchem zwei benachbart angeordnete Schleifscheiben über einen Distanzring beabstandet an einer Antriebsspindel befestigt sind. Die Schleifscheiben selbst weisen keine Vor­ kehrungen für deren Kühlung auf, so daß Kühlmittel über Schläuche extern zuge­ führt werden muß. Dies gilt ebenso für den in der DE 34 19 397 A1 offenbarten Schleifkopf, bei dem der Schleifkopf einen Konus zur Wechselbarkeit aufweist.

Ein anderweitig bekanntes Konzept sieht eine topfartige Schleifscheibe vor, die schräg zur Drehrichtung verlaufende, in die Schleifflächen eingearbeitete Kühlnuten aufweist, über die Kühlöl den Schleifflächen zugeführt werden soll. Abgesehen da­ von, daß die Kühlnuten zu einer Unterbrechung und Reduzierung der effektiven Schleiffläche führen, wird beim bekannten Konzept die wesentliche Kühlung auf die ohnehin temperaturfeste Beschichtungszone der Schleifscheibe beschränkt; lediglich einzeln über dem Randumfang des Topfes verteilte Kanäle, mit denen das Kühlöl den Kühlnuten zugeführt werden soll, können keinen nennenswerten Beitrag leisten, um am örtlich hochtemperaturbelasteten Gesamtumfang der Schleifscheibe eine gleichförmige bzw. gezielte Kühlung, und damit einen gleichförmigen bzw. gezielt reduzierten Temperaturverlauf zu erzielen. Ferner vermittelt das bekannte Konzept keinerlei Hinweise auf eine montagefreundliche, einfach handhabbare und einsetzba­ re Bauweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifkopf gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, der bei montagefreundlicher Bauweise, insbesondere im Hinblick auf die Gestaltung der Kühlmittelführung, optimale Schleifergebnisse bei hoher Zerspanungsleistung, unter Beherrschung der auftretenden Temperaturbe­ lastungen, ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfindungsge­ mäß gelöst.

Es wird ein montage- und wartungsfreundlicher Schleifkopf geschaffen. Nach erfor­ derlicher axialer Positionierung der Distanzringe und einer oder mehrerer Schleif­ scheiben werden Längsnuten außen abgedeckt und so die im wesentlichen axialen Kanalführungen ausgebildet, die jeweils mit einem "Bündel" radialer Kühlkanäle in den Schleifscheiben in Verbindung stehen. Mit dem axialen Aufschieben des Schei­ benträgers auf die Maschinenwelle - z. B. in gegenseitiger konisch korrespondieren­ der Flächenaufnahme - wird gleichzeitig die stegartig korrespondierende Ringdich­ tung, und damit ein mehrfacher Kühlmittelzufluß über den gehäusefesten Teil der Ringdichtung bereitgestellt. Es kann ein verhältnismäßig hoher Kühlmittelbedarf gedeckt werden, der insbesondere auf eine Mehrzahl an Schleifscheiben abstimmbar ist und der ferner die eingangs vermerkten beiden "Temperaturherde" (Schleifrolle/ Bauteilbearbeitung) berücksichtigt.

Über die entsprechend mit gegenseitigem Abstand angeordneten Kühlkanäle kann gemaß der Erfindung eine optimale Kühlung mindestens einer Schleifscheibe kom­ plett über dem Umfang herbeigeführt werden. Die Kühlkanäle sind so angeordnet, daß sie den komplett mit Hochtemperatur belasteten äußeren Umfangsbereich der Schleifscheibe in die Bauteilkühlung einschließen. Anzahl und Querschnitte der Kühlkanäle können auf den Bedarf an Kühlung und Kühlfluid abgestimmt werden. Durch relative gegenseitige Abstandslage der Kühlkanäle, und damit sucht der jewei­ ligen Austrittsöffnungen - pro Schleiffläche in axialer und in Umfangsrichtung - kann die jeweils effektive Schleiffläche nebst zu bearbeitender Gegenfläche gleich­ förmig oder stellenweise, und nach Bedarf deutlicher ausgeprägt, vom schmierenden Kühlfluid bespült werden.

Der Schleifkopf nach der Erfindung ist u. a. zum Schleifen von kompliziert gestalte­ ten Turbomaschinenbauteilen, z. B. Schaufeln bzw. deren Fuß- oder Kopfplatten, Dichtringen oder Trag- und Stützringen, bestens geeignet. Dabei können für örtlich unterschiedliche Gestaltungen und Profilierungen der Bauteile darauf abgestimmte Konturen von Schleifscheiben in ein. Oder vorzugsweise gleichzeitig mehrfacher Scheibenanordnung zugrunde gelegt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 13.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielhaft weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die maschinenseitige Zu- und Anordnung sowie den wesentlichen Grundauf­ bau des Schleifkopfes, teilweise in seitlicher und teilweise in aufgebrochener Axialschnitt-Darstellung,

Fig. 2 einen aus dem Axialschnitt der Fig. 1 abgeleiteten radial oberen und örtlich abgebrochenen Abschnitt der Einrichtung, insbesondere unter Verdeutlichung von Details der Ringdichtung nebst betreffenden Anschlußverbindungen an die Kanalführungen und an die mit letzteren verbundenen Kühlkanäle,

Fig. 3 einen aus dem Axialschnitt der Fig. 1 abgeleiteten unteren und örtlich abge­ brochen Abschnitt der Einrichtung, worin insbesondere die Kühlfluidver­ sorgung der Ringdichtung vom radial äußeren gehäuseseitigen Teil aus nebst eines Leitungsanschlußstückes verdeutlicht sind,

Fig. 4 einen örtlichen Schleifscheibenquerschnitt mit Draufsicht auf die in Richtung auf die Schleifscheibenachse auslaufende innere Umfangsfläche dieses Schleifscheibenabschnitts mit betreffender zuströmseitiger Anordnung der Kühlkanäle,

Fig. 5 eine Draufsicht des Scheibenabschnitts nach Fig. 4 unter Verdeutlichung der am äußeren Umfang abströmseitigen Anordnung der Kühlkanäle (Austrittsöffnungen),

Fig. 6 die Draufsicht eines relativ zur Scheiben- oder Maschinenachse beidseitig außen abgebrochen gezeichneten Abschnitts einer Schleifscheibe gemaß Fig. 2 und in gegenüber Fig. 4 und 5 abgewandelter Anordnung der Kühlkanäle,

Fig. 7 eine Diamantabrichtrolle in Eingriffstellung mit der Arbeitsfläche einer Schleifscheibe des Schleifkopfes,

Fig. 8 einen örtlich abgebrochenen radial unteren Abschnitt der Schleifscheibe nach Fig. 7 im Bearbeitungseingriff mit einem Bauteil, insbesondere einem Schau­ feldeckband.

Fig. 1 veranschaulicht die wesentlichen Grundmerkmale des Schleifkopfes. Dabei sind auf einer Arbeitswelle 1 z. B. zwei Schleifscheiben 2; 3 montiert, die insbesonde­ re aus Korund gefertigt und - während der Bauteilbearbeitung - unter fortlaufendem Nachschliff ihrer Schleifflächen, durch ein Kühlfluid kühlbar sind. Bei dem Kühl­ fluid kann es sich um Kühlwasser bzw. um ein schmierendes Kühlfluid, z. B. ein Kühlöl handeln. Bei dem Werkstoff "Korund" kann es sich um einen sogenannten "Elektrokorund (Al₂O₃)" oder um einen gesinterten Keramikwerkstoff, z. B. Sinter­ korund (SG) handeln. Die Schleifscheiben 2; 3 sind ringförmig ausgebildet und weisen Kühlkanäle K; K′ auf, die im wesentlichen radial vom inneren zum äußeren Wandumfang der jeweiligen Scheibe geführt und über dem Scheibenumfang verteilt sind. Die Schleifscheiben 2; 3 sind zwischen axial lösbaren Distanzringen 4; 5; 6 an einem trommelförmigen Schleifscheibenträger 7 drehfest verankert, der axial lösbar auf der Maschinenwelle 1 sitzt. Jeweils mehrere Kühlkanäle K; K′ der Schleifschei­ ben 2; 3 stehen radial innen mit Kanalführungen 8 für die Kühlfluidzufuhr in Verbin­ dung. Die Kanalführungen 8 sind zwischen Längsnuten 9 am äußeren Umfang des Schleifscheibenträgers 7 und inneren Umfangsflächen der Schleifscheiben 2; 3 und der Distanzringe 4; 5; 6 ausgebildet. Die Kanalführungen 8 sind an eine labyrinthartig korrespondierende axiale Ringdichtung 10 angeschlossen (siehe auch Fig. 2 und 3), von der ein feststehender Teil mit einem wellenkoaxialen Gehäuseabschnitt 11 einer den Schleifkopf tragenden Maschine lösbar verbunden ist und mehrere über dem Umfang verteilte Zuleitungen 12 für das Kühlfluid aufweist, und zwar in Form radialer Durchgangsöffnungen, die jeweils mit einem aufgeschraubten Leitungsan­ schluß LA (Fig. 3) in Verbindung stehen.

Beide Schleifscheiben 2; 3 sind mit den Distanzringen 4; 5; 6 axial an einem radialen Umfangsflansch 13 des Schleifscheibenträgers 7 festlegbar. Am Umfangsflansch 13 kann der rotierende Teil (Ringplatte 16 - Fig. 2 und 3) der Ringdichtung 10 axial lösbar fixiert sein.

Grundsätzlich ist die Ringdichtung 10 zwischen sich radial mit Abstand überlappen­ den axialen Stegen S; S′ (Fig. 2 und 3) am rotierenden und feststehenden Dichtungs­ teil ausgebildet.

Die im wesentlichen sich axial erstreckenden Kanalführungen 8 des Schleifkopfes (Fig. 1) sind in gleichmäßigen Abständen über dem Umfang verteilt angeordnet, wobei jede Kanalführung 8 mit mehreren Kühlkanälen K; K′ der beiden Schleif­ scheiben 2; 3 in Verbindung steht und jeweils über mindestens eine axiale Öffnung 14 (Fig. 2) im radialen Umfangsflansch 13 mit dem Ringraum 15 der Ringdichtung 10 in Verbindung steht.

Der rotierende Teil der Ringdichtung 10 wird mit den zugehörigen axialen Stegen S (Fig. 2) an einer Ringplatte 16 ausgebildet, die in Höhe der seitlich äußeren Stirnflä­ che des Umfangsflansches 13 mit dem trommelförmigen Scheibenträger 17 axial verschraubt ist (Position Sr) und die mit den axialen Öffnungen 14 des Umfangsflan­ sches 13 korrespondierenden Öffnungen 17 aufweist.

Der feststehende Teil der Ringdichtung 10 (Fig. 1) besteht im wesentlichen aus einem radial äußeren und einem radial inneren ringförmigen Einsatzteil 18; 19 (Fig. 2 und 3). Das radial innere Einsatzteil 19 ist mit dem frontalen Stirnende des Maschi­ nen-Gehäuses 11 verschraubt (Position Sr′ - Fig. 3). Das radial äußere Einsatzteil 18 bildet die radialen Zuleitungen 12 für das Kühlfluid in die Ringdichtung 10 aus (Fig. 3) und ist axial mit dem radial inneren Einsatzteil 19 verschraubt (Fig. 2), und zwar gemäß Position Sr′′.

Besonders gemäß Fig. 2 ist der Ringraum 15 der Ringdichtung 10 im wesentlichen zwischen zwei axialen, radial mit Abstand übereinander liegenden Stegen S′ eines einseitig offenen, etwa U-förmigen Ringes 20 ausgebildet. Dabei ist dieser Ring 20 zwischen gegenseitigen Umfangsflächen des radial äußeren und des radial inneren ringförmigen Einsatzteils 18; 19 eingebunden und mit letzterem Einsatzteil 19 axial verschraubt (Position Sr′′′). Ah seiner Außenumfangsfläche weist der Ring 20 Öff­ nungen zur Verbindung der radialen Zuleitungen 12 mit dem Ringraum 15 auf (Fig. 3).

Gemäß Fig. 1 sind beide Schleifscheiben 2; 3 und die Distanzringe 4; 5; 6 durch einen frontal axial mit dem Schleifscheibenträger 7 verschraubten oder auf diesen aufge­ schraubten ringförmigen Gehäusedeckel 21 drehfest verankert. Es können Mittel zur Kühlfluidabdichtung an bzw. zwischen gegenseitigen axialen Sitzflächen der Schleifscheiben 2; 3 und den Ringen 4; 5; 6 und dem Deckel 21 vorgesehen sein. Als Abdichtmittel können pastenartige Mittel oder gummi-elastische Dichtscheiben oder dergleichen verwendet werden.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 8 können die Kühlkanäle K; K′ der betreffenden Schleifschei­ be 2; 3 außen an relativ zueinander abgewickelten Abschnitten der Schleifflächen enden.

Gemäß Fig. 4 und 5 sind am Beispiel einer Schleifscheibe 3 die Kühlkanäle K; K, mit ihren Austrittsöffnungen in zwei gleichmäßig axial beabstandeten Reihen sowie gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnet.

Sämtlichst können die Kühlkanäle K; K′ als Bohrungen ausgebildet sein.

Insbesondere gemäß Fig. 6 können mehrere Reihen von Kühlkanälen K′; K′′ mit ihren Austrittsöffnungen in sich über dem Schleifscheibenumfang periodisch än­ dernder Abstandsfolge angeordnet sein, und zwar gemäß Positionsfolge: K′, K′′; K′ in Umfangsrichtung. Wie ferner aus Fig. 6 hervorgeht, können die radial äußeren Öffnungsmittelpunkte der Kühlkanäle K′; K′′ auf Mantellinien M liegen, die gegen­ über der Schleifkopfachse L unter einem Winkel α verlaufen und untereinander in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind. U.a. können so, pro gegebener Fläche, verhältnismäßig große Kühlmittelmengen beim Schleifprozeß zugeführt werden.

Fig. 7 zeigt eine Diamantabrichtrolle 22 in Eingriffsstellung mit der Arbeitsfläche der Schleifscheibe 3. Diese Abrichtrolle 22 kann über einen Verbindungs- bzw. Abstandsring 23 mit einer weiteren Abrichtrolle für die weitere Schleifscheibe 2 (Fig. 1) in Verbindung stehen.

Fig. 8 zeigt die Bearbeitungsposition der Schleifscheibe 3 gegenüber einem Bauteil B, hier ein Schaufeldeckband, dessen Dichtspitzen zu bearbeiten sind. Man erkennt, daß radial äußere Teilsektionen der Kühlkanäle K′ bis zu den zu bearbeitenden Bauteilflächen geführt sind.

Im übrigen wird bei dem erfindungsgemäßen Schleifkopf das Kühlfluid, z. B. Kühl­ wasser, über die Leitungsanschlüsse LA (Fig. 3) und Zuleitungen 12 unter einem vorgegebenen Druck zugeführt und unter der Wirkung der auftretenden Zentrifugal­ kraft über die Kühlkanäle K; K′ (Fig. 1, 4 und 5) bzw. K′; K′′ (Fig. 6) radial nach außen abgeführt.

Claims (12)

1. Schleifkopf zur Bearbeitung von Bauteilen, der mindestens eine auf einer Antriebswelle (1) montierte ringförmig ausgebildete Schleifscheibe (2; 3) aufweist, die während der Bauteilbearbeitung durch ein Kühlfluid kühlbar ist, wobei die Schleifscheibe (2; 3) Kühlkanäle (K; K′) aufweist, die vom inneren zum äußeren Wandumfang der Schleifscheibe (2; 3) geführt und über dem Scheibenumfang verteilt sind und radial innen mit Kanalführungen (8) für die Kühlfluidzufuhr in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (2; 3) zwi­ schen axial lösbaren Distanzringen (4; 5; 6) an einem Scheibenträger (7) drehfest verankert ist, der axial lösbar auf der Maschinenwelle (1) sitzt und die Kanalfüh­ rungen (8) axial verlaufend zwischen Längsnuten (9) am äußeren Umfang des Scheibenträgers (7) und inneren Umfangsflächen der Schleifscheibe (2; 3) und der Distanzringe (4; 5; 6) ausgebildet sind.

2. Schleifkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (2; 3) mit den Distaringen (4; 5; 6) axial an einem radialen Umfangsflansch (13) des Scheibenträgers (7) anliegt, wobei am Umfangsflansch (13) der rotierende Teil einer Ringdichtung (10) axial lösbar fixiert ist.

3. Schleifkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (10) zwischen sich radial mit Abstand überlappenden axialen Stegen (S; S′) am rotie­ renden und feststehenden Dichtungsteil ausgebildet ist.

4. Schleifkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalfüh­ rung (8) gleichmäßig über dem Umfang des Scheibenträgers (7) verteilt angeord­ net sind, wobei jede Kanalführung (8) mit mehreren Kühlkanälen (K; K′) einer Schleifscheibe (2; 3) in Verbindung steht und jeweils über mindestens eine axiale Öffnung (14) im radialen Umfangsflansch (13) mit einem Ringraum (15) der Ringdichtung (10) in Verbindung steht.

5. Schleifkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Teil der Ringdichtung (10) mit den zugehörigen axialen Stegen (S) an einer Ringplatte (16) ausgebildet ist, die in Höhe der seitlich äußeren Stirnfläche des Umfangsflan­ sches (13) mit dem trommelförmigen Scheibenträger (7) axial verschraubt ist und die mit den axialen Öffnungen (14) des Umfangsflansches (13) korrespondierende Öffnungen (17) aufweist.

6. Schleifkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil der Ringdichtung (10) aus einem im wesentlichen radial äußeren und einem radial inneren ringförmigen Einsatzteil (18; 19) besteht, wobei das ra­ dial innere Einsatzteil (19) mit dem frontalen Stirnende des Maschinengehäuses (11) verschraubt ist und das radial äußere Einsatzteil (18) radiale Zuleitungen (12) für das Kühlfluid in die Ringdichtung (10) ausbildet und axial mit dem radial in­ neren Einsatzteil verschraubt ist.

7. Schleifkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (15) der Ringdichtung (10) im wesentlichen zwischen zwei axialen, radial mit Abstand übereinander liegenden Stegen (S′) eines einseitig offenen, etwa U-förmigen Rin­ ges (20) ausgebildet ist, der zwischen den einander gegenüberliegenden Umfangs­ flächen des radial äußeren und des radial inneren ringförmigen Einsatzteils (18; 19) eingebunden und mit letzterem Einsatzteil (19) axial verschraubt ist und der an seiner Außenumfangsfläche Öffnungen zur Verbindung der radialen Zu­ leitungen (12) mit dem Ringraum (15) aufweist.

8. Schleifkopf nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheiben (2; 3) und die Distanzringe (4; 5; 6) auf dem Scheibenträger (1) durch einen frontal axial mit ihm verschraubten oder auf ihn aufgeschraubten ringförmigen Gehäusedeckel (21) drehfest fixiert sind, wobei Mittel zur Kühl­ fluidabdichtung zwischen gegenseitigen axialen Sitzflächen der Schleifscheibe (3; 4) und den Ringen (4; 5; 6) und dem Deckel (21) vorgesehen sind.

9. Schleifkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (K; K′) der Schleifscheibe (2; 3) außen an relativ zueinander abgewinkelten Abschnitten der Schleifflächen enden.

10. Schleifkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (K; K′) in der Schleifscheibe (2; 3) mit ihren Austrittsöffnungen in gleichmäßig axial beabstandeten Reihen und gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnet sind.

11. Schleifkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Kühlkanälen (K′; K′′) mit ihren Aus­ trittsöffnungen in sich über dem Schleifscheibenumfang periodisch ändernder Ab­ standsfolge angeordnet sind.

12. Schleifkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Öffnungsmittelpunkte der Kühlkanäle (K; K′′) auf Mantellinien (M) liegen, die gegenüber der Schleifkopfachse (L)unter einem Winkel (α) verlaufen und un­ tereinander in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.