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Expansionsfähiges Schleifwerkzeug Die Erfindung betrifft ein expansionsfähiges,
im wesentlichen zvlindrisclies Schleifwerkzeug zum Feinstziehschleifen von Bohrungen
od. dgl.
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Für die Bearbeitung von metallischen Oberflächen sind bisher die folgenden
Verfahren Bekannt: Drehen, Schleifen, Honen und Läppen.
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Bei all diesen Arbeitsverfahren wird mit verhältnismäßig hohem spezifischem
Flächendruck gearbeitet, so daß die oberste bearbeitete Metallschicht starken örtlichen
Erhitzungen unterworfen wird, durch welche die ursprünglich durchgängige kristalline
Struktur des Metalls in einer verhältnismäßig dünnen Schicht in einen amorphen Zustand
übergeführt wird.
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Durch umfangreiche Versuche während. der letzten Jahre ist festgestellt
worden, daß diese amorphe ÄIetallschicht, welche nur einen verhältniscnäßiggeringenZusammenhalt
mit dem kristallenen Grundmetall besitzt, für zahlreiche Verschleißvorgänge in erster
Linie verantwortlich zu machen ist, da sie nach dem Abblättern von dem Grundmetall
selbst als Schleifmittel wirkt und den zur Schmierung bestimmten Ölfilm durchbricht,
was ein Gleiten von Metall auf Metall und schließlich ein Zerstören der ganzen Lagerfläche
zur Folge hat.
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Da man früher die Ursache für diese Erscheinungen nicht kannte und
daher auch kein Mittel zu ihrer Verhinderung hatte, war man im Maschinenbau, beispielsweise
im Bau von Ottomotoren, auf Grund jahrelangerBeobachtungen zu derVorschrift gekommen,
daß man die aufeinandergleitenden Maschinenteile eine gewisse Zeit lang, während
welcher
der Motor niemals -mit Vollast laufen dürfte, einlaufen lassen müsse.
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Es ist durch umfangreiche Versuche, insbesondere in Amerika, festgestellt
worden, daß es gelingt, diese amorphe Oberflächenschicht schon vor der Montage restlos
abzutragen, wenn man die zu bearbeitenden Flächen einem Feinstziehschleifprozeß
unterwirft, bei dem wenig Wärme erzeugt wird.
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Dieses Arbeitsverfahren hat manche Ähnlichkeiten mit dem sogenannten
Honen und dem sogenannten Läppen, von dem es sich aber grundsätzlich durch den auffallend
niedrigen spezifischen Flächendruck unterscheidet. Durch dieses sogenannte Feinstziehschleifen
wird nur die schädliche, durch die vorhergehende, meistenteils spanabhebende Oberflächenbearbeitung
entstandene sehr dünne und verhältnismäßig harte amorphe Metallschichtentfernt,
ohne daß dabei eine nennenswerte Materialabtragung stattfindet.
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Bisher arbeitete man zu .diesem Ziele entweder mit sogenannten Läppzylindern
und einem in einem geeigneten flüssigen oder halbflüssigen Trägerstoff suspendierten
Schleifmittel. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß infolge der ungleichen Verteilung
der das: Schleifmittel enthaltenden Flüssigkeit eine ungleichförmige Bearbeitung
der von der amorphen Oberflächenschicht zu befreienden Oberfläche eintritt und daß
sich die Schleifmittelkörper in Poren des Werkstücks festsetzen oder aber bei weicherem
Werkstoff in diesen selbst hineingepreßt werden, so daß die auf diese Weise bearbeitete
Oberfläche schließlich selbst die Eigenschaften einer mit dem Schleifmittel versehenen
Fläche erhält.
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Bei einem anderen Verfahren werden mehrere an einem ,Schleifkopf parallel
zu seiner Drehachse angeordnete, in radialer Richtung beweg- und einstellbare schmale
Schleifsteine verwendet, die mit verhältnismäßig hohem spezifischem Flächendruck
gegen die zu bearbeitende Fläche gedrückt werden. Abgesehen davon, daß die Kanten
dieser Schleifsteine ähnlich wie die Kanten von Honahlen wirken, ist es mit Hilfe
eines derartigen Schleifsteines nicht möglich, etwaige Unrundheiten einer Bohrung
zu beseitigen. Es gelingt vielmehr, -eine polygonale Bohrung mit Hilfe eines derartigen
Schleifkopfes unter Beibehaltung der Polygonflächen zu bearbeiten, während das Ziel
der Nachbearbeitung von zylindrischen Bohrurigen regelmäßig eine möglichst vollkommene
zylindrische Innenfläche ist, weil nur sie den Anforderungen einer gleichmäßigen
Verteilung des Lagerdruckes zu genügen vermag.
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Erfindungsgemäß wird für die Zwecke des Feinstziehschleifens von zylindrischen
Bohrungen ein zylindrisches, expansionsfähiges, bohrrngfüllendes Schleifwerkzeug
verwende, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Metallhülse besteht, die auf
ihrer Außenseite mit dem in fester oder halbfester Bindung gebundenen Schleifmittel
in Form einer auf der Trägerhülse aufgebrachten Schicht versehen ist. Um die Formhaltigkeit
dieses Zylinders möglichst beizubehalten und um durch möglichst vollkommenes Anliegen
an der auszuschleifenden Bohrung den spezifischen Flächendruck möglichst herabzusetzen,
besteht- eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes darin, daß der
metallische Trägerzylinder vorzugsweise nur einen die ganze zylindrische Länge einnehmenden
Längsschlitz aufweist.
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InbesonderenFällen können außer diesem durchgehenden Längsschlitz,
wenn er überhaupt die ganze Seitenlänge einnimmt; noch weitere Längsschlitze vorgesehen
werden, die jedoch vorzugsweise am oberen und/oder am unteren Ende der zylindrischen
Trägerhülse noch einen Teil des Mantels ungeschlitzt bestehen lassen. Wesentlich
ist, daß praktisch die ganze zylindrische Oberfläche des Schleifsteins auf der zu
bearbeitenden Innenseite der Bohrung aufliegt, wobei nur schmale Unterbrechungen
der Schleifsteinfläche in Form der Längsschlitze vorhanden sind.
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Um die gleichmäßige Verformbarkeit des zylindrischen Schleifsteins
bei größerer Dicke des Zylinderringes möglichst wenig zu beeinträchtigen, weist
die auf seiner Außenseite aufgebrachte Schleifmittelschicht erforderlichenfalls
mehrere vorzugsweise bis auf die metallische Trägerhülse durchgehende Längsnuten
auf, welche gleichzeitig zum Zu- und Abfluß für die Schleif- und/oder Kühlflüssigkeit
dienen können, durch welche die abgeschliffenen Werkstückteilchen fortgeschwemmt
werden.
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Als Bindemittel für die Schleifschicht wird zweckmäßigerweise ein
solcher Werkstoff, wie z. B. aushärtbare Kunstharze, gewählt, daß die von der Fabrik
gelieferten Schleifzylinder gemäß der Erfindung auf jeder Drehbank od. dgl. auf
den jeweils erforderlichen Durchmesser abgedreht bzw. abgeschliffen werden können.
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Um den zylindrischen Schleifstein in einem gewissen Intervall verschiedenen
Bohrungsdurchmessern so anpassen zu können, daß er stets möglichst mit der ganzen
Zylinderfläche zur Wirkung kommt, und um auch die im Laufe der Zeit eintretende
Abnutzung innerhalb gewisser Grenzen ausgleichen zu können, ist im Innern des als
Hohlzylinder ausgebildeten Schleifsteins ein in seiner Dicke veränderbarerKern angeordnet,
auf dem sich die Innenseite der Trägerhülse abstützt.
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Als in seiner Dicke veränderbarer Kern kann ein durch inneren hydrostatischen
Druck sich erweiternder, verformbarer Hohlkörper verwendet werden. Dem gleichen
Zweck kann ein schlanker, längs verschieblicher Konusdorn dienen. Schließlich kann
auch ein zwei- oder mehrfach geteilter Spreizdorn im Innern des hohlzylindrischen
Schleifsteins angeordnet sein.
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Die Voraussetzung für ein rationelles Arbeiten mit dem zylinderringförmigen
Schleifstein ist ein rasches Ein- und Ausspannen auch von Schleifzylindern verschiedenen
Durchmessers an der Schleifspindel.
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Erfindungsgemäß dient zur Befestigung des an seinem rohrförmigen Ende
mit einem konischen
Flanschansatz versehenen Schleifwerkzeuges eine
entsprechend geformte Überwurfmutter, die ein Festspannen des Schleifwerkzeuges
und gleichzeitig eine selbsttätige Zentrierung ermöglicht. Zur Unterstützung der
Zentrierung können an dem an der Schleifspindel zu befestigenden Ende des Schleifwerkzeuges
auch entsprechende Paßstücke vorgesehen werden, welche mit korrespondierenden Paßstücken
od. dgl. an der Stirnfläche der Schleifspindel zusammenwirken.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen Schleifzylinder
gemäß Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-11 der Fig.
1, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Schleifwerkzeuges
mit inliegendem Expansionskörper und darüber allgeordneter Schutzhülle, Fig. d.
einen Querschnitt durch einen Schleifzylinder mit Längsnuten für die Kühlflüssigkeit.
Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein an der Schleifspindel befestigtes Schleifwerkzeug
mit konischer Innenfläche, Fig.6 einen Längsschnitt durch einen Schleifkörper mit
abgesetzter zylindrischer Innenfläche, Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Schleifwerkzeug
mit halbkugelförmigen Ausprägungen an der Innenseite.
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F ig. 8 einen Querschnitt durch ein Schleifwerkzeug mit durch die
Schleifmasse gebildeten konischen Innenwülsten.
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Im einfachsten Fall besteht das in seiner Dicke veränderliche zylindrische
Schleifwerkzeug aus einer mit einem Längsschlitz 2 versehenen zylindrischen Hülle
i aus geeignet dünnem und entsprechend elastischem Metall, auf dessen Außenfläche
eine Schicht 3 des in fester oder halbfester Bindung befindlichen Schleifmittels
aufgebracht ist. Als Schleifmittel können alle bekannten Schleifmittel, also beispielsweise
Schmirgel, Tripel, Diamantstaub usw., verwendet werden, während als Bindemittel
außer Metallen, wie beispielsweise Zink, sämtliche geeigneten synthetischen Kunststoffe,
insbesondere aushärtbare Kunstharze oder halbweiche Stoffe auf Gummibasis od. dgl.
verwendet werden können.
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Diese in ihrer einfachsten Ausführungsform offene und wenigstens an
dem die Schleifmasse tragenden Teil geschlitzte Zylinderhülse wird auf einen in
geeigneter Weise in seiner Dicke veränderbaren Kern aufgeschoben, der innerhalb
der vorgesehenenGrenzen eine Durchmesserveränderung des Schleifsteins bewirken kann.
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In der einfachsten Form besteht dieser in seiner Dicke veränderbare
Kern aus einem an seinem runden Ende längs geschlitzten Metallstab, dessen gegabelte
Enden durch in geeigneter Weise angeordnete Schrauben gegen die diesen Zinken innewohnenden
elastischen Kräfte auseinandergespreizt werden können (Spreizdorne). Da ein derartiger
Dorn jedoch nicht immer eine hinreichende Gewähr bietet für eineBeibehaltung dergenau
zylindrischen Form des Schleifzylinders beim Aufweiten, werden erfindungsgemäß vorzugsweise
solche in ihrer Dicke veränderbare Kerne verwendet, welche fast zwangsläufig die
zylindrische Form des sich aufweitenden Schleifwerkzeuges gewährleisten.
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In erster Linie kommt hierbei eine aus einem verformbaren Werkstoff,
z. B. natürlichem oder künstlichem Gummi, bestellende Blase in Frage, in deren Innern
sich eine geeignete Füllmasse, wie z. B. Glycerin, Öl, Vaseline od. dgl., befindet,
so daß das Schleifwerkzeug durch entsprechende Kompression derExpansionsblase auf
die erforderliche Weite ausgedehnt werden kann.
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Da Flüssigkeiten nur eine unbedeutende, praktisch überhaupt nicht
in Erscheinung tretende Kompressibilität besitzen, empfiehlt es sich, im Innern
der Expansionsblase eine geeignet große Luftblase zu belassen, die gleichsam als
federndes Polster wirkt. Dadurch wird ein möglichst elastisches und möglichst allseitiges
Anliegen des zylindrischen Schleifwerkzeuges an den Innenflächen der zu bearbeitenden
Bohrung erreicht.
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Bei der Verwendung von derartigen Expansionsblasen ist das freie,
vordere Ende der zylindrischen Hülse zweckmäßigerweise mit einem Deckel versehen,
der selbstverständlich auch so wett geschlitzt sein muß, daß eine möglichst gleichförmige
Aufweitung der Metallhülse möglich ist.
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An Stelle einer mit einer Expansionsflüssigkeit gefüllten Blase kann
auch ein massiver Vollzylinder aus einem verformbaren Werkstoff, wie beispielsweise
Gummi, verwendet werden, der in seiner Gesamtheit durch einen kolbenartigen Stempel
unter Druck gesetzt werden kann.
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Statt eines massiven Zylinders aus Gummi od. dgl. kann auch ein mit
reiner abgeschlossenen Luftmenge,beispielsweise nach:#,rtder sogenannten Gummibälle,
hergestellter zylindrischer Hohlkörper verwendet werden, der gegenüber dem Vollzylinder
noch den Vorteil aufweist, daß er bei entsprechend geringerem Gewicht eine in jeder
Weise erwünschte Elastizitätsreserve besitzt.
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Um ein Hineindrücken des Expansionskörpers in die Schlitze der den
Schleifkörper tragenden Hülse zu verhindern, sind diese Schlitze zweckmäßigerweise
durch eine geeignet steife, aber möglichst dünne und glatte Metallfolie abzudecken.
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In Fig. 3 ist ein expansionsfähiges Schleifwerkzeug mit einer in seinem
Innern befindlichen Expansionsblase im Querschnitt dargestellt.
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Über der Gummiblase .I befindet sich eine dünne geschlitzte Metallhülse
5, deren Schlitz sich im Innern der geschlitzten Hülse i etwa gegenüber dem Schlitz
2 dieser Hülse befindet, wodurch ein Herausdrücken der Blase d. in den Schlitz 2
verhindert wird.
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Um die Verformbarkeit des expansionsfähigen Schleifwerkzeuges durch
eine zu große Schichtdicke der Schleifmasse 3 nicht zu sehr zu beeinträchtigen,
ist die Schicht 3 gegenüber denn Schlitz 2 bis auf die Hülse i ausgespart. Erforderlichenfalls
können
mehrere derartige Aussparungen vorgesehen werden, die gleichzeitig als Zu- undAhflußrinnen
für das Kühlmittel dienen.
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Fig. q. zeigt einen Schnitt durch einen .derartigen Schleifzylinder,
der auf seiner Oberfläche mit mehreren Längsnuten 6 versehen ist, die sowohl parallel
zur Längsachse als auch spiralig auf der zylindrischen Oberfläche verlaufen können.
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Es ist zweckmäßig, die expansionsfähigen Schleifwerkzeuge- gemäß Fig.
i bis 3 reit verhältnismäßig groben Durchmesserabstufungen herzustellen, da der
Benutzer die Möglichkeit hat, durch entsprechendes Abschleifen der Schleif-Schicht
3 sich selbst jeweils Schleifzylinder von dem erforderlichen exakten Durchmesser
herzustellen, wobei zwecks Bearbeitens.normalisierter Bohrungen der im Laufe der
.Zeit eintretende Verschleiß durch entsprechendes Aufweiten des Schleifwerkzeuges
ausgeglichen werden kann. Da das vorgeschriebene Endmaß der Bohrungen durch die
voraufgehenden spanabhebenden Bearbeitungsverfahren und durch Schleifen-hergestellt
wird und die beim-Fenstziehschleifen abzutragende Metallschicht nur etwa wenige
tausendstel Millimeter beträgt, so können sehr zahlreiche Werkstücke mit. einem
zuvor auf Normalmaß abgeschliffenen Schleifzylinder bearbeitet werden.
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Die Aufweitung des zylindrischen Schleifwerkzeuges erfolgt bei den
in . den . Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen mittels eines zentralen
konischen Dornes, auf dem sich der zu expandierende Teil des .Schleifzylinders mit
die gleiche Konizität aufweisenden, an -seiner Innenseite angeordneten Abstützorganen
abstützt. Bei dieser Anordnung wird durch eine Längsverschiebung des konischen Dornes
eine gleichmäßige zylindrische Aufweitung des in seiner Dicke veränderbaren zylindrischen
Schleifsteins erzielt.
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In der einfachsten Form (vgl. Fg. 5) besitzt die geschlitzte Hülse
i an ihrer Innenseite eine konische Auskleidung 7, die sich in ihrer ganzen Länge
auf dem konischen Dorn 14 abstützt. Um die Verformbarkeit der Hülse i möglichst
wenig zu beeinträchtigen, empfiehlt es sich, die konische Auskleidung 7 aus einem
geeignetverformbaren oder aus einzelnen Lamellen zusammengesetzten Werkstoff, wie
beispielsweise Kunstharz od. dgl" herzustellen, wobei die einzelnen Lamellen lediglich
an dem dünnsten Teil derkonschenAuskleidung 7 zusammenhängen.
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Statt einer konischen Auskleidung kann auch eine abgestufte zylindrische
Auskleidung des Schleifzylinders (vgl. Fig.6) verwendet werden. Bei. dieser Auskleidung
8 sind lediglich die Berührungsflächen g, 1o, ii und 12 konisch angeschliffen. Auch
hier empfiehlt es sich, die Hülse 8 mehrfach zu: schlitzen.
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Eine weitere zweckdienliche Ausführungsform zeigt Fig. 7, bei der
die Hülse i an ihrer Innenseite mit mehreren halbkugelförmigen Ausdrückungen
13 versehen- ist, deren Höhe so bemessen ist, daß sie alle in jeder Stellung
des konischen Innenkernes 14 an ihm anliegen.. Bei der Verwendung derartiger Ausdrückungen
wird die Verformbarkeit der zylindrischen Hülse i so gut wie gar nicht beeinträchtigt,
und außerdem erübrigen sich besondere konische Auflageflächen, wie sie in den Fig.
5 und 6 dargestellt sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die an der
Innenseite der Hülse i befindlichen Abstützorgane durch aus der Schleifmasse bestehende
Leisten od. dgl. gebildet werden. Zu diesem Zweck besitzt (vgl. Fig. 8) die Hülse
i eine größere Anzahl von Längsschlitzen, durch welche sich beim Aufbringen der
vor dem Backen bzw. Aushärten noch plastischen Außenschicht 3 eine entsprechende
Menge nach dem Innern der Hülse hindurchdrückt und sich der Form eines bei diesem
Vorgang im Innern der Hülse i befindlichen konischen Dornes 14 anpaßt, wodurch eine
der Zahl der Schlitze entsprechende Anzahl von Leisten 15 mit konisch verlaufender
Auflagefläche gebildet wird.