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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schleifverfahren und
eine Schleifmaschine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bzw. 5. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens
und einer Maschine sind in der Soviet Engineering Research (Stanki
I Instrumenty & Vestnik
Mashinostroenia Mashinostrocnie) Allerton Press, New York, US (1988)
8(8), 132–133,
beschrieben.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Üblicherweise
wurden Schleifmaschinen verwendet, beispielsweise wie in den 10 und 11 dargestellt,
bei denen eine Schleifscheibe G sich mit hoher Geschwindigkeit für einen
höheren Schleifwirkungsgrad
dreht. Bei diesen Schleifmaschinen muss, obwohl eine Luftschicht
längs und
rings um die Schleifscheibe G strömt, die so strömende Luft
abgetrennt werden, um sicherzustellen, dass das Schleiffluid zuverlässig zu
einem Schleifpunkt geleitet wird, wo ein Werkstück W mit der Schleifscheibe
G geschliffen wird. 10 zeigt eine erste übliche Schleifmaschine,
bei der das Schleiffluid unter Druck zu dem Schleifpunkt von einer
Düse 40 mit einer
so hohen Geschwindigkeit ausgestrahlt wird, dass die Luftschicht
abgetrennt werden kann, um das Schleiffluid zuverlässig zum
Schleifpunkt zu leiten. 11 zeigt
eine zweite bekannte Schleifmaschine, bei der die Mündung einer
Düse 41 der
Umfangsfläche
der Schleifscheibe G rechtwinklig zugewandt ist. Das Schleiffluid
wird somit senkrecht gegen die Umfangsfläche der Schleifscheibe G so
ausgestrahlt, dass die rings um die Schleifscheibe strömende Luftschicht
abgetrennt werden kann, um das Schleiffluid zuverlässig zum
Schleifpunkt zu leiten.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die
Luftströmung
an den axialen Endabschnitten der Umfangsfläche der Schleifscheibe G schneller
als in ihrer Mitte strömt. Der
Grund liegt darin, dass die Luftschichten der Luftströmung an
den Seitenflächen
der Schleifscheibe G spiralförmig
strömen
und in Rotationsrichtung durch ihre Drehung vom Rotationsmittelpunkt
zur Umfangsfläche
beschleunigt werden und somit die an den axialen Endabschnitten
der Umfangsfläche
strömende Luft
beeinflussen. Dies bewirkt eine teilweise Störung der Zuführung des
Schleiffluids zum Schleifpunkt. Insbesondere treten die genannten
Nachteile bemerkbar in Erscheinung, wenn die Umfangsgeschwindigkeit
der Schleifscheibe G auf Geschwindigkeiten, wie z.B. 120 m/s oder
mehr, zur Erhöhung
des Schleifwirkungsgrades erhöht
wird, oder wenn die Dicke der Schleifscheibe G dünn ist. In diesen Fällen wird
es schwierig, das Schleiffluid dem Schleifpunkt zuverlässig zuzuführen. Bei
der zweiten bekannten Schleifmaschine kann das von der Düse 41 ausgestoßene Schleiffluid
die Luftströmung
an der Umfangsfläche
der Schleifscheibe G abtrennen und wird auf sie aufgebracht, um
zum Schleifpunkt geleitet zu werden. Da jedoch die an beiden Seitenflächen der Schleifscheibe
G strömende
Luft die der axialen Endabschnitte der Umfangsfläche beeinflusst, wird das Schleiffluid
kaum auf die Umfangsfläche
aufgebracht, so dass es nicht den Schleifpunkt erreicht. Bei der ersten
bekannten Schleifmaschine muss eine große Menge Schleiffluid verbraucht
werden, da das Schleiffluid unter Druck zum Schleifpunkt geleitet wird.
Entsprechend ist eine Hochdruckpumpe und ein großer Tank für das Schleiffluid erforderlich,
was mit hohen Kosten verbunden ist. Weiter nimmt der Stromverbrauch
und die Schleiffluidmenge zu, wodurch sich die Wartungskosten erhöhen.
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Aus
der Soviet Engineering Research (Stanki i Instrumenty & Vestnik Mashinostroenia
Mashinostrocnie), Allerton Press, New York, US (1988), 8(8), 132–133, ist
eine Schleiffluidzuführeinrichtung
bekannt, die an einem Spindelkopf einer Maschine angebracht ist.
Sie umfasst ein hohles Gehäuse
1 und Kanäle
11 mit Flächen
10. Jeder Kanal ist durch Öffnungen
19 gebildet, die in Richtung der Fläche 10 in einem Winkel von
120° bis
150° geneigt
sind, und ist mit trapezförmigen
Schlitzen 16 verbunden. Während
des Schleifens wird Schleiffluid dem inneren Hohlraum des Gehäuses 10
durch die Kanäle
11 zur Schleifscheibe zugeführt,
um Schlammpartikel und Metall aus den Poren der Schleifscheibe abzuspülen, wodurch
eine wirksame Reinigung der Schleifscheiben sichergestellt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schleifverfahren
und eine Schleifmaschine zu schaffen, bei dem ein Werkstück mit einer
Schleifscheibe geschliffen wird, wobei Schleiffluid dem Schleifpunkt
so zugeführt
wird, dass es nicht durch die sich mit der Schleifscheibe drehende
Luftströmung
beeinträchtigt
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 und 5 gelöst.
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Als
Ergebnis wird die Luftschicht an der Seitenfläche der Schleifscheibe umgelenkt,
so dass sie nicht zum Schleifpunkt geführt wird, wodurch das Schleiffluid
zuverlässig
dem Schleifpunkt zugeführt werden
kann.
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Vorzugsweise
ist eine Ablenkplatte neben der Seitenfläche der Schleifscheibe mit
einem kleinen Spalt angebracht. Die Ablenkplatte ist ein wenig oberhalb
des Fluidstrahls in Drehrichtung der Schleifscheibe und parallel
zur Richtung des Fluidstrahls angeordnet. Somit kann die Luftströmung an
der Seitenfläche
der Schleifscheibe wirksam durch die Ablenkplatte abgetrennt werden.
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Die
Ablenkplatte und der Fluidstrahl sind weiter in Richtung einer hypothetischen
Linie eines den Schleifpunkt einschließenden Bogenbereichs der Schleifscheibe
gerichtet. Somit kann die in Richtung des Bogenbereichs strömende Luft
wirksamer abgetrennt werden.
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Ein
weiterer Fluidstrahl wird quer zur Umfangsfläche der Schleifscheibe oberhalb
des Schleifpunkts ausgestrahlt. Der Fluidstrahl trennt daher eine der
Umfangsfläche
folgende Luftströmung
so ab, dass das Schleiffluid noch zuverlässiger dem Schleifpunkt zugeführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Ziele, Merkmale und viele der mit der Erfindung erzielten Vorteile
werden leicht ersichtlich, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit
den Zeichnungen erläutert
werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile
in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. Es zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Schleifmaschine mit einer
Ablenkeinrichtung zum Ablenken einer Luftschicht einer entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung strömenden
Luft;
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2 eine
Ansicht der Ablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine
teilweise Aufsicht der Ablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
wie in 2 dargestellt;
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4 ein
Diagramm zur Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit
in der Luftschicht der sich mit einer Schleifscheibe drehenden Luftströmung;
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5 eine
Teilseitenansicht gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Teilansicht gemäß der zweiten Ausführungsform;
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7 eine
Teilansicht zur Darstellung des Flächenschleifens, bei der die
erste und zweite Ausführungsform
verwendet wird;
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8 eine
Seitenansicht zur Darstellung des Flächenschleifens gemäß 7;
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9 eine
Teilansicht einer Flächenschleifmaschine,
bei der die erste und zweite Ausführungsform verwendet wird;
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10 eine
Teilansicht zur Darstellung einer ersten bekannten Schleifmaschine;
und
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11 eine
Teilansicht zur Darstellung einer zweiten bekannten Schleifmaschine.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Ein Schleifspindelstock 11 wird gleitbar auf einem Bett 10 geführt und
ist antriebsmäßig mit
einem Servomotor 12 über
eine Kugelumlaufspindel (nicht dargestellt) so verbunden, dass er
in Richtung zu einem Werkstück
und von dem Werkstück
weg längs
einer X-Achse bewegbar ist. Eine Spindel 13 mit einer Schleifscheibe
G ist drehbar in dem Schleifspindelstock gelagert und wird von einem
Motor (nicht dargestellt) gedreht. Die Schleifscheibe G besteht
aus einem Scheibenkern 15 aus Metall, wie z.B. Eisen oder
Aluminium, und Schleifmittelsegmente 16 sind an der Umfangsfläche des Scheibenkerns 15 angebracht.
Ein Tisch 17 wird gleitend auf dem Bett 10 geführt und
ist mit einem Servomotor 14 über einen Kugelumlaufspindelmechanismus 18 verbunden,
so dass er längs
einer Y-Achse senkrecht zu der X-Achse bewegbar ist. Weiter ist eine
Werkstücklagereinrichtung 19 mit
einem Spindelstock 20 und einem Reitstock (nicht dargestellt) auf
dem Tisch 17 befestigt. Ein Werkstück W wird durch die Mittelpunkte
des Spindelstocks 20 und des Reitstocks gelagert und dadurch
gedreht, so dass es mit der Schleifscheibe G an einem Schleifpunkt
P geschliffen wird, wo die Umfangsfläche 23c der Schleifscheibe
G das Werkstück
W berührt.
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An
dem Schleifspindelstock 11 ist eine Schutzvorrichtung 22 mit
einer Ablenkplatte 31 (siehe weiter unten) befestigt, um
die Schleifscheibe G abzudecken. Seitendüsen 25a und 25b eines
Fluidstrahlzuführsystems 24 sind
an der Ablenkplatte 22 angebracht, wobei die Mündungen
der Seitendüsen 25a und 25b nach
unten in Richtung des vorderen Teils der beiden Seitenflächen 23a und 23b der Schleifscheibe
G geneigt sind, um Luftstrahlen 29 dagegen zu blasen. Eine
Ablenkeinrichtung besteht aus der Ablenkplatte 31 und dem
Fluidstrahlsystem 24. Beide Luftstrahlen 29 werden
zu Abtrennpunkten 26 oberhalb des Schleifpunktes P in Drehrichtung
der Schleifscheibe G geblasen, wobei die Abtrennpunkte 26 an
beiden Seitenflächen 23a und 23b nahe
an der Umfangsfläche 23c liegen.
Somit strömt
jeder Luftstrahl 29 längs
einer hypothetischen Linie 28 eines den Schleifpunkt P
einschließenden
Bogenbereichs 27, wobei der Bogenbereich 27 ein
Teil der Schleifscheibe G in der Nähe des Werkstücks W ist.
Jede Mündung
der Seitendüsen 25a und 25b ist
ein wenig nach hinten in Bezug auf die Schleifmaschine geneigt,
um zu verhindern, dass die Luftstrahlen 29 den Schleifpunkt
P längs
den Seitenflächen 23a und 23b erreichen.
Somit wird eine Luftschicht 30 der längs jeder Seitenfläche 23a und 23b strömenden Luft
zur Strömung
längs der
Ablenkplatte 31 abgelenkt, so dass sie nicht den Bogenbereich 27 erreicht,
wobei die Luftschicht 30 durch die sich drehende Schleifscheibe
G spiralförmig
von ihrer Rotations achse zur Umfangsfläche 23c strömt und beschleunigt
wird. Die Umgebungsluft kann für
das Fluidstrahlzuführsystem 24 verwendet
werden, die durch die Seitendüsen 25a und 25b zugeführt wird.
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Ein
wenig oberhalb des Abtrennpunkts 26 in Drehrichtung der
Schleifscheibe G ist die Ablenkplatte parallel zu der hypothetischen
Linie 28 des Bogenbereichs 27 angeordnet und an
die Schutzvorrichtung 22 angebracht, die an dem Schleifspindelstock 11 befestigt
ist. Die Ablenkplatte 31 weist eine Öffnung 32 auf, deren
Seitenabschnitte 32a und 32b den Seitenflächen 23a und 23b der
Schleifscheibe G mit einem kleinen Spalt zugewandt sind, wobei jeder Seitenabschnitt 32a und 32b quer über eine
radiale Linie vorhanden ist, die sich radial von der Schleifscheibe
G erstreckt und über
den Schleifpunkt P und die Spindel 13 verläuft. Ein
Boden 32c ist der Umfangsfläche 23 der Schleifscheibe
G mit einem kleinen Spalt gegenüberliegend
angeordnet, um im Wesentlichen zu verhindern, dass die Luftschicht
auf der Umfangsfläche 23c den
Schleifpunkt P erreicht. Um einen konstanten Spalt zwischen dem
Boden 32 und der Umfangsfläche 23c zu erhalten,
kann die Ablenkplatte 31c an der Schutzvorrichtung 22 über ein
Ausgleichssystem angebracht sein, das automatisch die Position der
Ablenkplatte 31 ausgleicht, um die radiale Verminderung
der Schleifscheibe G durch das Zurichten auszugleichen.
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Eine
Schleiffluiddüse 38 eines
Schleiffluidzuführsystems 37 ist
an der Schutzvorrichtung 22 angebracht und stößt Schleiffluid
in Richtung des Werkstücks
W oder des Schleifpunkts P aus, wo das Werkstück W mit der Schleifscheibe
G geschliffen wird.
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Im
Folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Schleifmaschine beschrieben.
Der Schleifspindelstock 11 bewegt sich durch die Drehung
des Servomotors 12 nach vorne und das Werkstück W wird mit
der sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Schleifscheibe G, z.B.
160 m/s der Umfangsgeschwindigkeit, geschliffen. In dem Fall, dass
die Ablenkplatte 31 und die Seitendüsen 25a und 25b nicht vorhanden
sind, wird jede Luftschicht 30 der den Seitenflächen 23a und 23b folgenden
Luftströmung
spiral in Richtung der Umfangsfläche 23c längs der
Seitenflächen 23a und 23b gezogen
und beschleunigt. Ein Teil jeder Luftschicht 30 wird der
der Umfangsfläche 23c folgenden
Luftschicht 33 zugefügt
und beeinflusst selbige, so dass jene an den axialen Endabschnitten
schneller strömt
als an den anderen Abschnitten. In diesem Fall wurde die Luftströmungsgeschwindigkeit
der Luftschicht 33 an der Umfangsfläche 23c mit einem
Pitot-Rohr gemessen. Wie mittels der gestrichelten Linie 45 in 4 dargestellt,
zeigt das Messergebnis, dass die Luftströmung an der Umfangsfläche 23c an
den axialen Endabschnitten größer als
in der Mitte ist.
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In
der ersten Ausführungsform
sind das Ablenkblech 31 und die Seitendüsen 23a und 23b,
deren Arbeitsweise weiter unten beschrieben wird, für die Schleifmaschine
vorgesehen. Zuerst dienen die Seitenabschnitte 32a und 32b der Öffnung 32 und
ihr Boden 32c im Wesentlichen dazu, die Luftschichten 30 und 33 längs der
Seitenflächen 23a und 23b der Schleifscheibe
G und ihrer Umfangsfläche 23c abzutrennen.
Darauf wird jeder Luftstrom 29 schräg in Richtung jedes Abtrennpunktes 26 an
den Seitenflächen 23a und 23b in
der Nähe
der Umfangsfläche 23c geblasen.
Dies bewirkt, dass die Luftschichten 30 nach unten abgelenkt
werden, wodurch sie längs der
Linie 28 des Bogenbereichs 27 strömen. Die durch die
Spalte zwischen dem Ablenkblech 31 an beiden Seitenflächen 23a und 23b strömenden Luftschichten
werden somit daran gehindert, in beide Bogenbereiche 27 zu
strömen.
Die wesentlichen Teile der Luftschichten 30 und 33 werden
mittels der Ablenkplatte 31 abgetrennt, wodurch die verbleibenden Teile
verlangsamt werden. Der Rest der Luftschichten 30, der
durch die Spalte zwischen dem Ablenkblech 31 und den beiden
Seitenflächen 23a und 23b strömt, wird
von den Luftstrahlen 29 nach unten abgelenkt. Aufgrund
der Schwächung
der Luftschichten 30 und 33 wird die strömende Luftschicht 33,
die der Umfangsfläche 23c folgt,
merklich hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit
rings um den Schleifpunkt P abgeschwächt, wie dies mittels der ausgezogenen
Linie 46 in 4 dargestellt ist. Dies stellt
sicher, dass das Schleiffluid von der Schleiffluiddüse 38 zuverlässig dem
Schleifpunkt P zugeführt
werden kann.
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Wenn
man die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe G bei 120 bis
160 m/s eingestellt hat, sind 30 bis 50 Liter Schleiffluid pro Minute
bei der bekannten Schleifmaschine erforderlich. Die Menge des zugeführten Schleiffluids
konnte auf etwa 15 bis 25 Liter pro Minute bei der ersten Ausführungsform vermindert
werden. Da die Luftstrahlen 29 in diesem Fall längs der
hypothetischen Linie 28 in der gleichen Richtung nach unten
strömen,
wie sich die Schleifscheibe G um den Schleifpunkt P bewegt, wie
in 1 gezeigt, wird der elektrische Energieverbrauch von
dem Motor zum Antrieb der Spindel nicht erhöht. Hinsichtlich des Umweltschutzes
wurde das Schleiffluid mit etwa 300 cm3 pro
Minute dem Werkstück
W und ein wenig Schmieröl,
wie Pflanzenöl,
der Schleifscheibe G zugeführt.
Bei dieser Untersuchung der ersten Ausführungsform werden das Schleiffluid
und das Schmieröl
dem Werkstück
W und der Schleifscheibe G zuverlässig zugeführt, ohne von der der Schleifscheibe
G folgenden Luftschicht 30 und 33 beeinträchtigt zu
werden.
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
Gleiche Bauteile und Funktionen dieser Ausführungsform wie bei der ersten
Ausführungsform
werden nicht erneut beschrieben.
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Zusätzlich zu
der Ablenkeinrichtung in der ersten Ausführungsform ist ein weiteres
Fluidstrahlzuführsystem 34 vorgesehen,
um einen Luftstrahl 36 von einer Seitenfläche 23a zur
anderen Seitenfläche 23b über die
der Umfangsfläche 23c der
Schleifscheibe G folgenden Luftschicht 33 zu blasen. Eine Querdüse 35 des
weiteren Fluidstrahlzuführsystems 34 ist
horizontal an der Schutzvorrichtung 22 so angebracht, dass
sie sich in Richtung des vorderen Randes der Umfangsfläche 23c der
Schleifscheibe G zwischen dem Schleifpunkt P und ihrem stromaufwärtigen Abtrennpunkt 26 öffnet. Entsprechend
wird der Luftstrahl 36 horizontal auf den vorderen Rand der
Umfangsfläche 23c von
einer Seitenfläche 23a zur
anderen Seite 23b geblasen. Um die radiale Verminderung
der Schleifscheibe G durch das Zurichten auszugleichen, weist die
Querdüse 35 die
Form einer Ellipse auf, die in radialer Richtung verlängert ist,
wodurch der Luftstrahl 36 auf den vorderen Rand der Umfangsfläche 23c über die
gesamte Lebensdauer der Schleifscheibe G geblasen werden kann. Für das weitere
Fluidstrahlzuführsystem 34 kann
die Umgebungsluft verwendet werden.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
ist die Querdüse 35 zur
ersten Ausführungsform
hinzugefügt.
Die Menge der der Schleifscheibe G folgenden Luftströmung 33 wird
durch die Ablenkplatte 31 und die von den Seitendüsen 25a und 25b geblasenen Luftstrahlen 29 vermindert.
Weiter wird die strömende
Luftschicht 33, die durch die Ablenkplatte 31 gelangt,
abgelenkt oder durch den Luftstrahl 36 weggetragen, der
quer zur Strömungsrichtung
der Luftschicht 33 ausgestoßen wird, da der Luftstrahl 36 von der
Querdüse 35 zum
vorderen Rand der Umfangsfläche 23c geblasen
wird. Daher kann die der Umfangsfläche 23c folgende strömende Luftschicht 33 rings
um den Schleifpunkt P wirksamer als bei der ersten Ausführungsform
abgeschwächt
werden, wie dies durch die gestrichelte Linie 47 in 4 dargestellt
ist. Hierdurch kann das Schleiffluid zuverlässiger dem Schleifpunkt P von
der Schleiffluiddüse 38 zugeführt werden,
ohne dass es von den der sich drehenden Schleifscheibe G folgenden
strömenden Luftschichten 30 und 33 beeinträchtigt wird.
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Die
erste und zweite hier beschriebene Ausführungsform können zur
Durchführung
eines Planschleifens und eines Oberflächenschleifens verwendet werden.
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Bei
dem Planschleifen gemäß den 7 und 8 wird
der Tisch 17 von dem Servomotor 18 in Y-Richtung
zum Schleifen einer Endfläche 39 eines Werkstücks W mit
einer Seitenfläche
der Schleifsegmente 16 an der Schleifscheibe G bewegt.
In diesem Fall wird die der Seitenfläche 23b folgende strömende Luftschicht 30 der
Schleifscheibe G im Wesentlichen von dem Seitenabschnitt 32b der
Ablenkplatte 31 abgetrennt und von dem Luftstrahl 29 von
der Seitendüse 25b nach
unten abgelenkt. Da die strömende
Luftschicht 30 an der Seite beim Planschleifen davon abgehalten
wird, den anderen Schleifpunkt zu erreichen, wo die Seitenfläche des
Schleifsegments 16 die Endfläche 39 des Werkstücks W berührt, kann das
Schleiffluid zuverlässig
einem derartigen Schleifpunkt zugeführt werden.
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Obwohl
bei den obigen Ausführungsformen die
Ablenkplatte 31 und die Düsen 23a, 23b und 35 an
der Schleifmaschine für
das zylindrische und Planschleifen angebracht sind, können sie
ebenfalls an einer Oberflächenschleifmaschine
gemäß 9, einer
Abstechmaschine, einer Schlitzschleifmaschine usw. angebracht sein.
Verschiedene andere Arten von Fluidstrahlen, wie z.B. das Schleiffluid
oder Nebel, können
von den Düsen 23a, 23b und 35 als
Luftstrahl ausgegeben werden.
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Bei
einem Schleifverfahren wird Schleiffluid in Richtung des Schleifpunkts,
wo ein Werkstück
mit einer Schleifscheibe geschliffen wird, zugeführt. Gleichzeitig wird ein
Fluidstrahl quer über
die Luftströmung
oberhalb des Schleifpunkts in Drehrichtung der Schleifscheibe ausgestoßen. Hierdurch
werden die Luftschichten an beiden Seitenflächen der Schleifscheibe abgelenkt
und strömen
nicht den Schleifpunkt der Schleifscheibe an, wodurch das Schleiffluid
zuverlässig
dem Schleifpunkt zugeführt werden
kann, ohne dass es durch die den beiden Seitenflächen der Schleifscheibe folgenden
Luftschichten beeinträchtigt
wird.