EP2641696A1

EP2641696A1 - Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien

Info

Publication number: EP2641696A1
Application number: EP13159094.5A
Authority: EP
Inventors: Michael Schulze
Original assignee: Dr Mueller Diamantmetall AG
Current assignee: Dr Mueller Diamantmetall AG
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: EP2641696B2; DE102012005085A1; EP2641696B1; PL2641696T5; PL2641696T3

Abstract

Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere eine Schleifscheibe mit einer bezüglich einer Rotationsachse (R) im wesentlichen zylindersymmetrischen Außengeometrie, einer innenliegenden Nabe (A) durch deren Zentrum sich die Rotationsachse zentrisch erstreckt, einem hierzu konzentrischen, außenliegenden Mantelkörper (4), dessen Umfangsfläche mit einem Schleifbelag (B) versehen ist, und wenigstens einem zwischen der Nabe und dem Mantelkörper angeordneten Trägerkörper (1), welcher bevorzugt einstückig mit der Nabe (A) und/oder dem Mantelkörper ist, wobei der Mantelkörper einen gemittelten Außenradius R A und eine Dicke D aufweist, wobei der Trägerkörper (1) mit wenigstens zwei, innerhalb jeder bezüglich der Rotationsachse (R) normal angeordneten Schnittebene symmetrisch um die Rotationsachse angeordneten Durchführungen (2) ausgestaltet ist, welche sich vom Innenbereich (1') des Trägerkörpers, also von dem bei der Nabe (A) liegenden Randbereich des Trägerkörpers, in Richtung der Außenkante (1") des Trägerkörpers erstrecken, also hin zum Mantelkörper (4), und dass in jeder Schnittebene des Trägerkörpers dabei das Verhältnis A D /A T aus der die Durchführungen (2) bildenden Fläche A D und der das Trägerkörpermaterial bildenden Fläche A T ‰¥ 1 ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien, vorzugsweise eine Schleifscheibe, mit einem Trägerkörper, wobei das Werkzeug eine Nabe zur Aufnahme einer Antriebswelle aufweist.
Derartige Werkzeuge zum Bearbeiten von Materialien sind im Stand der Technik bekannt. Die DE 298 19 006 U zeigt ein Werkzeug mit einem Trägerkörper, der am Umfang in teilweise radialer Richtung Aufnahmeschlitze aufweist, in die Diamanten eingesetzt und beispielweise mittels einer metallischen Beschichtung gehalten sind. Die US 4,004,378 zeigt eine Schleifscheibe, deren rotationssymmetrischer Trägerkörper an seiner Umfangsfläche mit einem Schleifbelag versehen ist. Der Trägerkörper weist zudem Durchführungen zur Erzielung eines im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Trägerkörpers verlaufenden Luftstroms auf.
Bei den im Stand der Technik bekannten Werkzeugen ist nachteilig, dass insbesondere bei Schleifscheiben mit verhältnismäßig großen Dicken D, die Trägerkörper schwer und damit unhandlich sind, und Vibrationen der Trägerkörper im Einsatz häufig schlecht vorherzusehen und zu kontrollieren sind.
Die Schwingungsdämpfung bekannter Trägerkörper zur Unterdrückung von Vibrationen im Schleifbetrieb erfolgt im Stand der Technik daher häufig in der Form, dass der Trägerkörper des Werkzeugs aus einem Material gefertigt ist, welches aufgrund seiner Materialeigenschaften geringfügige Stauchungen zulässt, beispielsweise ein Kunststoff oder Elastomer mit einem hohen Härtegrad. Hierbei können jedoch Materialinhomogenitäten des den Trägerkörper bildenden Vollmaterials zu ungleichmäßigem Dämpfungsverhalten und damit zu Mängeln im Bearbeitungsergebnis führen. Darüber hinaus wird, soweit überhaupt möglich, auch durch die Verwendung solcher Materialien das Problem der erheblichen Unhandlichkeit von Schleifscheiben mit großen Dicken D, wie sie beispielsweise beim Centerless-Schleifen zum Einsatz kommen, nicht überwunden.
Derzeit werden zur Herstellung leichter Schleifscheiben zumeist massive Trägerkörper aus Leichtmetall, wie zum Beispiel aus Aluminium, oder, sofern eine weitere Gewichtsreduzierung nötig ist, auch aus Kohlefaserverbundwerkstoffen verwendet. Allerdings ist die Herstellung solcher Trägerkörper aus Kohlefaserverbundwerkstoffen sehr aufwändig und teuer. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer möglichen radialen elastizität des Trägerkörpers sind bei den bekannten Trägerkörpern dabei kaum zu steuern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und sich insbesondere durch eine einfache Handhabbarkeit, insbesondere bei großen Dicken D, und eine verbesserte Unterdrückung von Vibrationen im Schleifbetrieb auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Danach weist das in Rede stehende Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere eine Schleifscheibe, eine bezüglich einer Rotationsachse im wesentlichen zylindersymmetrische Außengeometrie auf, mit einer innenliegenden Nabe oder auch Achsaufnahme durch deren Zentrum sich die Rotationsachse zentrisch erstreckt, einem hierzu konzentrischen, außenliegenden Mantelkörper, dessen Umfangsfläche mit einem Schleifbelag versehen ist, und einem zwischen der Nabe und dem Mantelkörper angeordneten Trägerkörper, welcher bevorzugt einstückig mit der Nabe und/oder dem Mantelkörper ist. Der Mantelkörper weist dabei einen gemittelten Außenradius R_A auf und eine Dicke D, welcher der zylinderlänge des Mantelkörpers und bevorzugt auch der Dicke des Trägerkörpers entspricht.
Erfindungsgemäß ist der Trägerkörper mit wenigstens zwei, innerhalb jeder bezüglich der Rotationsachse normal angeordneten Schnittebene symmetrisch um die Rotationsachse angeordneten Durchführungen ausgestaltet, welche sich vom Innenbereich des Trägerkörpers, also von dem bei der Nabe liegenden Randbereich des Trägerkörpers, in Richtung der Außenkante des Trägerkörpers erstrecken, also hin zum Mantelkörper. In jeder Schnittebene des Trägerkörpers ist dabei das Verhältnis A_D/A_T aus der Summe der die Durchführungen bildenden Flächen A_D und der das Trägerkörpermaterial bildenden Fläche A_T größer als 1, bevorzugt größer als 2, bevorzugt größer als 3 und bevorzugt größer als 4, das heißt, dass die die Durchführungen bildenden Flächen A_D in ihrer Summe größer als die das Material des Trägerkörpers bildende Fläche A_T ist, und bevorzugt deutlich größer.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass zu einer Verbesserung des Bearbeitungsergebnisses von mit gattungsgemäßen Werkzeugen hergestellten Produkten sowohl eine Gewichtsreduzierung als auch verbesserte Dämpfungseigenschaften bzw. ein verringertes Schwingungsverhalten der Werkzeuge erheblich beitragen. Im Hinblick auf das zu erzielende optimale Bearbeitungsergebnis ist insbesondere ein gezieltes Schwingungsdämpfungsverhalten des Trägerkörpers während des Schleifens erforderlich um die Entstehung von Vibrationen zu vermeiden.
Dies wird durch eine gezielte geometrische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Werkzeuge erreicht, welche sich gleichermaßen im Gewicht des Werkzeugs als auch in dessen radialer Elastizität niederschlägt. Durch die Festlegung von Anzahl und konkreter geometrischer Ausgestaltung der Durchführungen des Trägerkörpers, welche auch nach der Fertigstellung des Werkzeuges noch in gewissen Bereichen modifiziert werden kann, nämlich dadurch das Durchführungen in ihrer Form verändert oder vergrößert werden, ist eine exakte Einstellung der mechanischen Eigenschaften und Parameter der erfindungsgemäßen Werkzeuge insbesondere hinsichtlich Gewicht und radialer Elastizität oder Stauchungsfähigkeit möglich. Hierdurch wird die Radialelastizität des Werkzeugs und damit seine Dämpfung vergrößert, so dass etwaige Maschinen- oder Antriebsvibrationen besser absorbiert werden können.
Die Elastizität und das Gewicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs sind hierbei insbesondere vermittels der Breite, der radialen Erstreckung und gegebenenfalls der Krümmung der Durchführungen des Trägerkörpers einstellbar. Je größer das Verhältnis A_D/A_T aus den die Durchführungen bildenden Flächen A_D und den das Trägerkörpermaterial bildenden Flächen A_T ist, desto leichter wird das erfindungsgemäße Werkzeug einerseits sein und andererseits gleichzeitig die Steifigkeit des Trägerkörpers abnehmen und dessen radiale Elastizität und damit dessen Schwingungsdämpfungsverhalten erhöht sein.
Das reduzierte Gewicht der erfindungsgemäßen Werkzeuge führt überdies zu einer besseren Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Werkzeuge und erlaubt es, beispielsweise die Antriebe der die erfindungsgemäßen Werkzeuge verwendenden Maschinen zu vereinfachen, da die angetriebenen Massen deutlich verringert werden und damit die Komplexität der Antriebe bzw. Antriebskomponenten reduziert werden kann. Die Verringerung der bewegten Massen erlaubt auch eine vereinfachte Schwingungsdämpfung innerhalb des Antriebsstrangs und der Werkzeugführungen, ganz gleich ob diese aktiv oder passiv ausgeführt ist.
Der erfindungsgemäße Trägerkörper kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze oder ähnliches, da die Schwingungsfähigkeit nicht durch das Materialeigenschaften selbst, sondern durch die geometrische Ausgestaltung der Durchführungen des Trägerkörpers erfolgt. Somit kann sowohl eine deutliche Gewichtsreduktion auch als eine gezielte Schwingungsdämpfung insbesondere bei metallischen Trägerkörpern erzielt werden, die nahezu keine radiale Elastizität bei Trägerkörpern aus Vollmaterial bzw. Trägerkörpern mit Durchführungen kleiner geometrischer Abmessungen besitzen.
Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Werkzeug eine Geometrie auf, die durch ein Verhältnis D/R_A aus Dicke D und mittlerem Außenradius R_A des Mantelkörpers zwischen 0,015 einschließlich und 2,5 einschließlich charakterisiert ist, bevorzugt durch ein Verhältnis zwischen 0,03 einschließlich und 1,6 einschließlich, weiter bevorzugt zwischen 0,05 einschließlich und 1 einschließlich, und weiter bevorzugt zwischen 0,08 und 0,8. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Dicke D des Werkzeugs auch durch das präzise Zusammenfügen einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Werkzeugen geringerer Dicke ergeben kann, so dass der Verbund eine quasi kontinuierlich verlaufende und einstückige Mantelfläche mit entsprechendem Schleifbelag aufweist.
Die im Rahmen der vorstehenden Verhältnisangaben stark bevorzugt zum Einsatz kommenden Größen sind dabei Dicken D zwischen 10mm einschließlich und 600mm einschließlich sowie Radien R_A zwischen 75mm einschließlich und 350mm einschließlich.
Hiernach zeigt sich, dass vor allem solche Werkzeuge von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung profitieren, die, je nach Durchmesser, eine gewissen Mindestdicke D_min aufweisen, die bei Werkzeugen mit Radien R_A von 75mm bei ungefähr 1 0mm liegen und bei Werkzeugen mit Radien R_A von 75mm bei ungefähr 20mm. Diese Werkezeuge erfahren durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung bei erheblicher Verringerung ihres Gewichts, was schließlich auch zur Reduzierung von ungewollten Momenten führt, im wesentlichen keinerlei ungewollte Einbuße ihrer Stabilität, insbesondere ihrer Verformbarkeit in Querrichtung also parallel zur Rotationsachse, obgleich dennoch eine gezielte und für den Betrieb der Werkzeuge vorteilhafte Radialelastizität herbeigeführt werden kann, selbst bei Verwendung besonders harter und an sich unelastischer Materialien zur Herstellung des Trägerkörpers.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zur Optimierung des Schwingungsverhaltens eine ungerade Anzahl von Durchführungen vorgesehen, da dies in Verbindung mit der vorgesehenen Drehzahl, zur verminderten Ausbildung von Resonanzen des Werkzeugs führen kann.
Es bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Durchführungen in ihrer Grundfläche in der Art von Vierecken ausgeführt wobei die langen Seiten bevorzugt radial verlaufend mit den kurzen Seiten verbunden sind und wobei die kurzen Seiten am Innen- bzw. Außenbereich des Trägerkörpers angeordnet sind. Ein geradliniger Verlauf der langen Seiten der Durchführungen ist dabei zwar bevorzugt jedoch nicht erforderlich. Ebenso ist eine gerundete Ausführung der Innenecken der Vierecke bevorzugt, so dass scharfkantigen Innenecken an den Durchführungen vorliegen.
Bei einer Weiterbildung kann zumindest einer der kurzen Seiten in der Draufsicht, also bei Sicht auf eine zur Rotationsachse normal angeordneten Schnittebene durch den Trägerkörper, zumindest teilweise kreissegmentförmig sein, beispielsweise konzentrisch zum Außenumfang der Mantelfläche. Bevorzugt sind die beiden langen Seiten der jeweiligen Durchführung dabei gleich lang ausgeführt, so dass die Durchführungen des Trägerkörpers bei dieser Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen ringsegmentförmig erscheinen.
Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens eine der kurzen Seiten, vorzugsweise die innenliegende der beiden kurzen Seiten so kurz ausgeführt ist, dass sie sich lediglich aus zwei ineinander laufenden Verbindungsradien zusammen setzt, insbesondere bei der Wahl großer Verbindungsradien, und somit unter einer erfindungsgemäßen viereckartigen Form in der Draufsicht auch eine im wesentlichen Delta-förmige Ausführung fällt, bei der zwei Ecken der viereckartigen Form im wesentlichen zusammen fallen.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs wird als Speichensegmentscheibe bezeichnet, insbesondere dann, wenn eine Vielzahl von Durchführungen vorgesehen sind, beispielsweise 12, da das zwischen den Durchführungen verbleibende Material speichenartig ausgestaltet ist, wobei die Speichen bevorzugt eine Dicke in Richtung der Rotationsachse haben, die im wesentlichen der gesamten Materialstärke des Trägerkörpers, und dem entsprechend, bevorzugt auch des Mantelkörpers haben. Eine derartige Ausführungsform ist trotz eines sehr geringen Gewichts ausgesprochen stabil.
Zur weiteren Verbesserung der Schwingungsdämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die viereckartigen Durchführungen um einen außerhalb der jeweiligen Durchführung liegenden Punkt verzerrt oder verbogen, so dass die langen Seiten der Durchführungen in der Draufsicht im wesentlichen bogenförmig oder bevorzugt kreissegmentförmig sind. Die aus dem zwischen benachbarten Durchführungen verbleibenden Material dieser Ausführungsform der Erfindung entstehenden Speichen sind somit bogenförmig gekrümmt und bevorzugt kreisförmig gekrümmt und erstrecken sich im Innenbereich des Trägerkörpers, also weitgehend von der Nabe bzw. Achsaufnahme aus zunächst im wesentlichen radial nach außen, um dann, durch deren Krümmung, eine Art asymptotische Annäherung in Richtung des Umfangs des Werkzeugs hin zu erfahren. Der Grad bzw. das Ausmaß der Annäherung der Speichen an den Umfang des Werkzeug ist dabei unterschiedlich wählbar und gleichsam ein wesentlicher Parameter für die Radialelastizität des Werkzeugs.
Bevorzugt verlaufen die langen Seiten benachbart liegender Durchführungen im wesentlichen parallel, wobei dies gleichermaßen für im wesentlichen radial verlaufende lange Seiten der Durchführungen gilt wie auch für gekrümmt oder sogar kreissegmentförmig verlaufende. Dennoch sind beispielsweise auch solche Ausführungen im Rahmen der Erfindung bevorzugt, bei denen durch einen nicht parallelen Verlauf der langen Seiten benachbart liegender Durchführungen eine Verjüngung der Speichen hin zum äußeren Bereich des Trägerkörpers erfolgt, wodurch eine weitere Beeinflussung der Radialelastizität und des Gewichts der erfindungsgemäßen Werkzeuge dieser Ausführungsform erzielt werden kann.
Besonders bevorzugt ist die längere der kurzen Seiten im Außenbereich des Trägerkörpers angeordnet, also nahe beim oder sogar anliegend an den Mantelkörper und die kürzere der kurzen Seiten im Innenbereich des Trägerkörpers angeordnet, also nahe der Nabe oder auch Achsaufnahme oder an diese anliegend.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zur Erzielung einer besonders guten Schwingungsdämpfung die Durchführungen des Trägerkörpers von dessen gegenüber liegenden Zylinderdeckflächen her im wesentlichen bis zu dessen Mitte in das Material des Trägerkörpers hinein eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen. Besonders vorteilhaft ist dabei, die Durchführungen, die von der zweiten Seite, also beispielsweise der oberen Zylinderdeckfläche des Trägerkörpers her kommend eingearbeitet werden um einen vorgegebenen Rotationswinkel α um die Rotationsachse rotiert bezüglich denen, die von der ersten Seite des Trägerkörpers, also beispielsweise der unteren Zylinderdeckfläche her kommend eingearbeitet werden zu rotieren. Im Ergebnis sind somit die Speichen zwischen benachbarten Durchführungen einer Seite des Trägerkörpers im wesentlichen nicht deckungsgleich mit den Speichen zwischen benachbarten Durchführungen der anderen Seite des Trägerkörpers.
Bevorzugte Rotationswinkel α liegen dabei zwischen 0° und 90°, jeweils einschließlich, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, bevorzugt bei 45°, und besonders bevorzugt bei die Hälfte der Winkelteilung der Durchführungen, also bei einem Winkel α = 360°/(2n), wobei n die Zahl der Durchführungen in einer bezüglich der Rotationsachse normalen Schnittebene ist.
Bevorzugt ist zur Verminderung und bestenfalls zur Verhinderung von Unwuchten des erfindungsgemäßen Werkzeugs in dessen Einsatz könnten im Träger- und/oder Mantelkörper wenigstens eine, je nach Bedarf auch mehrere Wuchtbohrungen vorgesehen. Weiterhin sind auch solche Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, bei denen die Dicke des Trägerkörpers (in Richtung der Rotationsachse) kleiner ist, also die Dicke D des Mantelkörpers, so dass der Trägerkörper also in Bezug auf den Mantelkörper bzw. die durch diesen definierten Zylinderdeckflächen rückspringend angeordnet ist.
Bevorzugt ist der Schleifbelag durch Kleben oder Sintern oder ähnliche bekannte Verfahren auf der Außenumfangsfläche des Mantelkörpers aufgebracht und vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, die Diamantnadeln wie zum Beispiel PKD-, MKD-, CVD-, CBN-Nadeln, metall-, kunststoff- oder keramikgebundene Diamanten, metall- oder kunststoffgebundenes Bornitrid, insbesondere kubisches Bornitrid umfasst.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Werkzeugs in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1: in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
Fig. 2: in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht auf ein zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, wobei dieses eine Abwandlung des erstens Ausführungsbeispiels mit versetzten Durchführungen zeigt;
Fig. 3: in einer schematischen, perspektivischen Ansicht, das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2;
Fig. 4: in einer schematischen Ansicht, eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
Fig. 5: in einer schematischen, perspektivischen Ansicht, das vierte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Schleifscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schleifscheibe gemäß Fig. 1 weist eine zentrisch angeordnete Nabe bzw. Aufnahme A für eine - nicht gezeigte - Welle einer Werkzeugmaschine, einen Mantelkörper 4 und einen auf dem Außenumfang des Mantelkörpers 4 angeordneten Schleifbelag B mit bevorzugten Dicken zwischen 2mm und 30mm auf. Zwischen Aufnahme A und Mantelkörper 4 ist ein Trägerkörper 1 angeordnet, wobei dieser vorliegend mit der Aufnahme und dem Mantelkörper aus einem Leichtmetall, wie z.B. Aluminium einstückig gefertigt ist. Der Mantelkörper und bevorzugt auch der Trägerkörper weisen eine Dicke D auf und die Schleifscheibe ist bezüglich der Rotationsachse R im wesentlichen zylindersymmetrisch, mit Ausnahme der innerhalb des Trägerkörpers 1 angeordneten erfindungsgemäßen Durchführungen 2. Der Außenradius der Schleifscheibe ist R_A.
In erfindungsgemäßer Weise weist der Trägerkörper 1 mehrere Durchführungen 2 auf, wobei die Durchführungen 2 sich vom inneren Bereich 1' des Trägerkörpers, nämlich vom Bereich der Aufnahme A, in Richtung des äußeren Bereichs 1" des Trägerkörpers 1 erstrecken, und die vorliegend ringsegmentförmig ausgeführt sind mit langen Seiten 2', die im wesentlichen radial verlaufen und von gleicher Länge sind, und kurzen Seiten 2", die sich im wesentlichen konzentrisch bezüglich der Rotationsachse R erstrecken, wobei hier auch eine geradlinige Ausführung der kurzen Seiten 2" in Betracht kommt. Die zwischen benachbarten Durchführungen 2 verbliebenen Materialbereiche sind nach Art von Speichen 3 ausgeführt, die sich vorliegend radial erstrecken und deren Stärke aufgrund des radialen Verlaufs der langen Seiten 2' nach außen hin zunimmt. Im Außenbereich des Mantelkörpers ist eine Wuchtbohrung W erkennbar.
Wie sich aus Fig. 1 erkennen lässt, sind hier insgesamt 10 Durchführungen vorgesehen, die gleichmäßig um die Rotationsachse herum im Trägerkörper 1 angeordnet sind.
Das in Fig. 2 und 3 näher gezeigte zweite Ausführungsbeispiel leitet sich aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ab, wobei hier die Durchführungen 2 von den beiden Zylinderdeckflächen der Schleifscheibe her kommend bis zu der halben Dicke des Trägerkörpers 1 eingebracht sind. Es lässt sich demnach erkennen, dass die Speichen 3 von den zwischen benachbarten Durchführungen 2 stehen gebliebenen Materialbereichen des Trägerkörpers 1 auf der Seite des Betrachters der Fig. 2 (Vorderseite) gebildet werden, wohingegen die Speichen 3' von den zwischen benachbarten Durchführungen 2 stehen gebliebenen Materialbereichen des Trägerkörpers 1 auf der dem Betrachter gegenüber liegenden Seite der Fig. 2 (gleichsam also der Rückseite) gebildet werden. Ferner sind die Durchführungen 2 der Vorderseite zu den Durchführungen 2 der Rückseite um einen einem Winkel α von 19° gegeneinander rotiert.
In dem in Fig. 4 und 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 auf strukturell und funktionell ähnliche Elemente, so dass diesbezüglich auf das oben stehende verwiesen wird. Allerdings sind bei diesem Ausführungsbeispiel zur Verbesserung der radialen Elastizität des Werkzeugs ist die Durchführungen 2 um einen außerhalb der jeweiligen Durchführung 2 liegenden Punkt gezerrt bzw. gekrümmt, so dass die langen Seiten 2' bei dieser Ausführungsform kreissegmentförmig sind und zudem den gleichen Radius aufweisen, was jedoch nicht erforderlich ist. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die langen Seiten 2' der Durchführungen 2 so ausgeführt sein, dass die Stärke der zwischen zwei benachbarten Durchführungen 2 bestehenden Speichen 3 vom Innenbereich 1' des Trägerkörpers bis zu dessen Außenbereich 1" im wesentlichen gleichförmig verläuft.
Die kurzen Seiten 2" sind über Radien mit den langen Seiten 2' verbunden, wobei hier eine maximale Erstreckung bis hin zum Mantelkörper 4 ausgenutzt wird. Darüber hinaus sind die langen Seite 2' so ausgeführt, dass sich diese, sofern man sie über den Mantelkörper hinaus gleichförmig verlängern würde, asymptotisch im wesentlichen an den Außendurchmesser des Werkzeugs annähern. Dies ist jedoch ebenfalls nicht erforderlich und es kann, je nach Anwendungsfall und zu erzeugender Radialelastizität auch eine asymptotische Annäherung an die Innenkante des Mantelkörpers vorgenommen werden oder aber eine im flachen Winkel hieran auflaufende Formgebung bevorzugt werden, wie dies erkennbar in Fig. 4 der Fall ist.
Wie in Fig. 4 ebenfalls erkennbar ist, erstrecken sich die langen Seiten 2' auch im wesentlichen radial von dem Innenbereich 1' des Trägerkörpers 1 bzw. der Aufnahme A weg, so dass auch die Speichen 3 eine solche Form aufweisen, also sich von der Aufnahme A zunächst radial hinweg nach außen erstrecken um dann der Krümmung folgend unter einem flachen Winkel im Außenbereich 1" des Trägerkörpers im wesentlichen auf den Mantelkörper aufzulaufen.
Mit Bezug auf die Fig. 5 ist zudem erkennbar, dass die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist, um in Verbindung mit Werkzeugen großer Dicken D zur Anwendung zu kommen, da hier einerseits die erhebliche Reduzierung des Gewichts zu einem vereinfachten Handling führt und gleichermaßen die durch die besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Werkzeuge herbeigeführte Radialelastizität zu einem erheblich verbesserten Vibrationsverhalten führt. Fig. 5 zeigt außerdem, dass der Trägerkörper mit Bezug auf den Mantelkörper geringfügig zurück versetzt ist, was aus einer in Richtung der Rotationsachse R verminderten Materialstärke des Trägerkörpers im Vergleich zu der Dicke D des Mantelkörpers herrührt.
Hinsichtlich weiterer Details wird zur Vermeidung von Wiederholung auf die allgemeine Beschreibung verwiesen. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die in den voran stehenden Ausführungsbeispielen, in der allgemeinen Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale in jedweder Weise kombiniert werden können. Ferner sind Merkmale, die im Singular und im Plural beschrieben sind, in ihren Kombinationen mit anderen Merkmalen jeweils als in Einzahl und Mehrzahl beschrieben anzusehen.

Claims

Werkzeug zum Bearbeiten von Materialien, insbesondere eine Schleifscheibe mit einer bezüglich einer Rotationsachse (R) im wesentlichen zylindersymmetrischen Außengeometrie, einer innenliegenden Nabe (A) durch deren Zentrum sich die Rotationsachse zentrisch erstreckt, einem hierzu konzentrischen, außenliegenden Mantelkörper (4), dessen Umfangsfläche mit einem Schleifbelag (B) versehen ist, und wenigstens einem zwischen der Nabe und dem Mantelkörper angeordneten Trägerkörper (1), welcher bevorzugt einstückig mit der Nabe (A) und/oder dem Mantelkörper ist, wobei der Mantelkörper einen gemittelten Außenradius R_A und eine Dicke D aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Trägerkörper (1) mit wenigstens zwei, innerhalb jeder bezüglich der Rotationsachse (R) normal angeordneten Schnittebene symmetrisch um die Rotationsachse angeordneten Durchführungen (2) ausgestaltet ist, welche sich vom Innenbereich (1') des Trägerkörpers, also von dem bei der Nabe (A) liegenden Randbereich des Trägerkörpers, in Richtung der Außenkante (1") des Trägerkörpers erstrecken, also hin zum Mantelkörper (4), und dass in jeder Schnittebene des Trägerkörpers dabei das Verhältnis A_D/A_T aus der die Durchführungen (2) bildenden Fläche A_D und der das Trägerkörpermaterial bildenden Fläche A_T ≥ 1 ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis A_D/A_T ≥ 2, bevorzugt ≥ 3 und bevorzugt ≥ 4 ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Verhältnis D/R_A aus Dicke D und mittlerem Außenradius R_A des Mantelkörpers (4) zwischen 0,015 einschließlich und 2,5 einschließlich aufweist, bevorzugt ein Verhältnis zwischen 0,03 einschließlich und 1,6 einschließlich, weiter bevorzugt ein Verhältnis zwischen 0,05 einschließlich und 1 einschließlich, und weiter bevorzugt ein Verhältnis zwischen 0,08 und 0,8.
Werkzeug nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungerade Anzahl von Durchführungen (2) vorgesehen ist.
Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungen (2) in ihrer Grundfläche nach Art eines Vierecks ausgebildet sind.
Werkzeug nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Seiten (2') der Durchführungen (2) vorzugsweise radial verlaufend mit den kurzen Seiten (2") der Durchführungen (2) verbunden sind und/oder eine oder beide kurze Seiten (2") einen kreissegmentförmigen Verlauf haben, der bevorzugt konzentrisch um die Rotationsachse (R) ist.
Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungen (2) um einen jeweils außerhalb der Durchführung (2) in der Schnittebene liegenden Punkt gezerrt oder gekrümmt sind, so dass sich die langen Seiten (2') bogenförmig, bevorzugt kreisförmig der Außenkante (1") des Trägerkörpers (1) hin erstrecken.
Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen benachbarten Durchführungen (2) gebildeten Materialbereiche des Trägerkörpers (1) Speichen (3) Bilden, wobei bevorzugt die Stärke der Speichen (3) im Verlaufvom Innenbereich (1') zur Außenkante (1") im wesentlichen gleich ist.
Werkzeug nach Patentanspruche s 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (3) innerhalb der Schnittebene einen sich an die Kontur des Mantelkörpers (4) kontinuierlich annähernden, vorzugsweise zumindest teilweise asymptotisch annähernden gekrümmten Verlauf haben.
Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich Durchführungen (2) von den sich gegenüber liegenden Zylinderdeckflächen des Trägerkörpers (1) bis zu einer halben Dicke des Trägerkörpers (1) in diesen hinein erstrecken und die sich von der ersten Zylinderdeckfläche aus erstreckenden Durchführungen (2) zu den sich von der zweiten Zylinderdeckfläche aus erstreckenden Durchführungen (2) um einen Rotationswinkel α zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, bevorzugt 45 °, und besonders bevorzugt um einen Winkel α = 360°/(2n), wobei n die Zahl der Durchführungen in einer Schnittebene ist, gegeneinander verdreht sind.
Werkzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, im Trägerkörper (1) und/oder im Mantelkörper (4) wenigstens eine Wuchtbohrung (W) vorgesehen ist.