EP4688326A1 - Schleifscheibe zum planseitigen und kegelförmigen schleifen von schwer zerspanbaren werkstoffen an rotationssymmetrischen werkstücken - Google Patents

Schleifscheibe zum planseitigen und kegelförmigen schleifen von schwer zerspanbaren werkstoffen an rotationssymmetrischen werkstücken

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Publication number
EP4688326A1
EP4688326A1 EP24716100.3A EP24716100A EP4688326A1 EP 4688326 A1 EP4688326 A1 EP 4688326A1 EP 24716100 A EP24716100 A EP 24716100A EP 4688326 A1 EP4688326 A1 EP 4688326A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
coating
abrasive
grinding wheel
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24716100.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Original Assignee
Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH filed Critical Erwin Junker Maschinenfabrik GmbH
Publication of EP4688326A1 publication Critical patent/EP4688326A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/10—Single-purpose machines or devices
    • B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
    • B24B7/17—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings for simultaneously grinding opposite and parallel end faces, e.g. double disc grinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/02—Wheels in one piece

Definitions

  • the invention relates to a grinding wheel for flat-side and conical grinding of difficult-to-machine materials on rotationally symmetrical workpieces.
  • unit costs play a major role, particularly for large-scale production. It is often the case that workpieces for which lower or more moderate levels of accuracy can be achieved are better suited to large-scale production. The more precisely the workpieces have to be ground, the higher the unit costs will logically be. This discrepancy between quality and production costs, especially for large-scale production, becomes greater the more difficult the workpieces are to grind. This is particularly true for workpieces with coatings or materials that have high machining resistance and which contain at least some tungsten carbide, silicon carbide or, for example, titanium carbide. These carbide components mean that the surfaces on the workpiece that are to be ground are very hard and are therefore more difficult to grind than with normal materials such as steels hardened using conventional processes.
  • the unit costs are largely determined by the tool costs, especially for workpieces that have to be ground with high precision.
  • the very hard materials or coatings of the workpieces mentioned above that have a high grinding resistance relate, for example, to brake disks that have wear-resistant coatings, for which grinding wheels specially designed for these applications must be used. It goes without saying that such special grinding wheels also have higher costs than grinding wheels that can be used for hardened materials, for example.
  • another cost component of the production costs is the cost of dressing tools and for the actual dressing process between grinding operations.
  • Both the flat side and the conical rotationally symmetrical areas of the workpieces that are to be ground are ground with their circumferential front sides, such as the brake disks mentioned above.
  • the disadvantage here is that the grinding coating extending over the thickness of the grinding disk has to achieve different grinding removal rates with essentially constant specifications due to the changing circumferential speed, particularly of the workpiece, in the radial direction, so that the grinding disk has changed grinding engagement conditions in the radial direction of the workpiece section to be ground and thus also realizes or has changed cutting volumes.
  • the grinding areas referred to here in the context of the invention as difficult-to-machine materials of rotationally symmetrical workpieces refer to workpieces which have a difficult-to-machine material as the base material, as well as to workpieces which have a special coating in the grinding area which is difficult to machine. Both embodiments are to be understood here as difficult-to-machine materials of rotationally symmetrical workpieces.
  • the grinding wheel which is brought into grinding engagement with the workpiece, such as a brake disk, by means of peripheral grinding, produces what is known as a peripheral grinding on the workpiece to be ground, i.e. the grinding grooves run radially all the way around the flat side. This form of grinding groove is often desired on the finished, ground workpiece, but is not mandatory.
  • grinding wheels for grinding difficult-to-machine materials are more expensive than grinding wheels for normally hard materials, so that the manufacturing costs of workpieces with such difficult-to-machine coatings or made of such material are associated with higher manufacturing costs.
  • the abrasive grain is used as an abrasive as a form of grinding specification with irregular edges, in blocky form, in pointed form or synthetic diamond grains. If, for example, workpieces with flat sides and diameter ranges are to be ground, this prior art describes that the tool can have different specifications for, for example, two-zone grinding, whereby different cutting volumes due to peripheral speed are not mentioned, i.e. not described.
  • the object of the present invention is to provide a cost-effective solution for large-scale production for grinding, in particular, disc-shaped or rotationally symmetrical workpieces whose grinding area consists of materials or coatings that are difficult to machine.
  • Part of the task is to optimize or reduce the tool costs per workpiece, i.e. the manufacturing costs of the tool per workpiece. It is understood that these optimizations should essentially be suitable for many workpieces and should not be limited to brake disks, for example.
  • the optimized grinding tools should be adapted to the most diverse areas of the grinding engagement of the flat sides and thus of the grinding coating in such a way that, regardless of the peripheral speed of the workpiece to be ground, the grinding conditions or machining volumes optimized for the particularly difficult-to-machine material to be ground can be realized.
  • An essential part of the object of the invention is to provide a grinding wheel that has a high grinding quality, great stability and a low procurement price suitable for large-scale production.
  • the grinding wheel should always be able to reliably maintain tolerances in the grinding area, i.e. in its effective area, with regard to its thickness, its axial run-out, the quality of the flatness of the surfaces and with regard to the required dimensional tolerances.
  • the thickness tolerance should be ⁇ 8 to 10 pm if, for example, plane-parallel outer sides of workpieces are to be ground.
  • a water-soluble grinding emulsion is preferably used as a cooling lubricant for grinding, but grinding oil can also be used as a cooling lubricant.
  • a grinding wheel which is used for the flat-side or conical grinding of rotationally symmetrical workpieces, also for large-scale production, and is designed with an abrasive coating on its outer circumference, which is particularly suitable or designed for grinding difficult-to-machine materials or coatings on the surface of the workpiece to be ground.
  • a grinding coating is provided on the flat sides, i.e. on the circumference of the grinding wheel, which according to the invention has shape recesses that change in the width direction.
  • These shape recesses are arranged in the circumferential direction of the grinding coating in such a way that the engagement length of the grinding wheel during grinding contributes to reducing the cutting volume in accordance with the width of the grinding coating in such a way that the average specification of the entire grinding coating width is adapted by the shape recesses in the grinding coating to the width of the grinding coating and to the surface of the workpiece to be ground that extends in the radial direction to the circumferential speeds present there at least of the workpiece.
  • the specification of the abrasive coating preferably varies with regard to the abrasives to the respective peripheral speed of at least the workpiece with regard to the abrasive grain hardness and/or abrasive grain size and/or abrasive grain shape and/or abrasive concentration and/or abrasive bond, so that for the respective grinding conditions and respective materials the optimal abrasive specifications are directly adapted to the tool, the grinding wheel, and specifically to the peripheral speed of at least the workpiece present at the respective radial location.
  • the specifications and/or the molded recesses of the grinding coating are preferably adapted to the respective peripheral speed to a respective cutting volume corresponding to these peripheral speeds, which changes across the width of the grinding coating.
  • the change in the specification of the grinding wheel or its form recesses or the specification and the form recesses over the width of the grinding coating is preferably designed in such a way that a linear or almost linear change in the cutting volume on the workpiece results.
  • the mold recesses within the grinding coating are preferably rectangular, trapezoidal, triangular, polygonal, round or oval with smooth or curved side walls.
  • the shape of the mold recesses has a direct influence on the average specification with regard to the circumferential speed prevailing at the respective radial sections, particularly in view of the fact that they are filled with abrasive-free materials such as binding agents.
  • another abrasive-free filler can be used for the mold recesses instead of a binding material, whereby similar densities should be present between the filler or binding material and the sections of the grinding coating provided with abrasive, whereby a direct influence on low-vibration grinding can be exerted.
  • the grinding coating is formed from segments which are glued onto a grinding wheel base body, so that the production of the segments according to the different cutting volumes or the circumferential speeds corresponding to the respective cutting volume are easier to produce than a self-contained ring which is applied to the outside of the grinding wheel base body and then fastened there.
  • the specifications and/or the mold recesses are adapted to an effective surface of the workpiece, in particular a brake disc, as well as to its material.
  • the grinding coating is CBN and/or diamond abrasive with the appropriate bond.
  • Figure 1 shows a basic arrangement of a brake disc and grinding wheels engaging on both sides of its effective surface
  • Figure 2 is a sectional view of a brake disc
  • Figure 4 is a partial view of an arrangement according to Figure 1;
  • Figure 5 is a representation of the grinding area on the brake disc in the viewing direction Y according to Figure 4;
  • Figure 6 is a representation according to Figure 1 with the tool spindle omitted;
  • Figure 7 is a diagram illustrating the linear increase in the peripheral speed of the workpiece and grinding wheel
  • Figure 8A is a schematic view of a grinding wheel on its circumference with mold recesses of increasing size from right to left;
  • Figure 8B is a partial sectional view A-A of the grinding wheel through the grinding coating with mold recesses;
  • Figure 9A is a plan view of the flat side of the abrasive coating in the form of glued-on segments and mold recesses varying across the width;
  • Figure 9B is a sectional view B-B of Figure 9A showing the mold recess extending across the width of the grinding coating or grinding wheel;
  • Figure 10 is a schematic view of an arrangement according to Figure 1, but with a
  • Figure 11 a brake disc in plan view with ground in a defined grinding groove direction; and Figure 12 shows an arrangement according to a second aspect of the invention, in which a rotationally symmetrical part with a conical section is ground with a grinding wheel according to the invention.
  • Figure 1 shows a partial top view of a basic arrangement of a clamped workpiece in the form of a brake disk 3, the first and second active surfaces 3.1, 3.2 of which are ground on the flat sides by opposing grinding disks 5, 6.
  • a workpiece spindle 1 which uses a rotary drive 2 of the spindle to drive the brake disk 3 clamped in a clamping device 4 for the purpose of grinding.
  • to the right of the workpiece spindle 1 is a double arrangement of a first grinding spindle 7 and a second grinding spindle 8, which each carry a grinding disk 5 or 6 with corresponding grinding pads 20.
  • the first grinding wheel 5 and the second grinding wheel 6 are conical with respect to their peripheral surfaces and thus with respect to the grinding coating 20, so that when the grinding coatings 20 engage plane-parallel on the active surfaces 3.1, 3.2 when arranged opposite one another, the respective grinding spindles 7, 8 are inclined at an angle cd or a2 with respect to the center line 11 running through the plane of rotation of the brake disk 3.
  • the inclination angles cd or a2 correspond to the cone angle of the grinding coatings 20 engaging with the respective grinding wheel 5, 6. In the position shown, the two grinding wheels 5, 6 are in grinding engagement 15 on the respective opposite active surfaces 3.1, 3.2 of the brake disk 3.
  • the grinding wheels 5, 6 are arranged on the opposite flat sides of the brake disk 3, so that the grinding forces are compensated by the grinding wheels 5, 6 located opposite one another in grinding engagement 15.
  • the grinding spindle 7 represents the rotary drive 9 for the first grinding wheel 5, whereas the rotary drive 10 drives the grinding spindle 9 and with it the second grinding wheel 6 in rotation.
  • the inclination angles cd of the first grinding spindle 7 and a2 of the second grinding spindle 8 to the center plane 11 are predetermined by the machine and are fixed angles. Usually the angles cd and a2 are the same for the two grinding spindles 7, 8. In principle, however, it is also possible for cd and a2 to be different, if this should be necessary for technical reasons, depending on the different grinding tasks.
  • the axes of rotation of the first grinding spindle 7 and the second grinding spindle 8 are inclined with respect to the central axis 11 by an angle of, for example, 12°, whereby this angle is a preferred arrangement in the grinding machine because it results in significant simplifications due to the interference contours in the machine and the respective grinding spindle stocks are made more rigid.
  • the first grinding spindle 7 is arranged parallel to the central axis 11 with respect to the axis of rotation of its rotary drive 9 and has a cylindrical grinding wheel 5 with flat sides, whereas the second grinding wheel 6 is swiveled via its second spindle 8 by means of a negative swivel angle a2 as a conical disk into the axis of rotation, so to speak, below the brake disk 3 to be ground.
  • the axis movements along CNC axes Z1, Z2 and X are controlled in at least partially interpolating motion.
  • Figure 2 shows a half-section of the basic shape of a brake disk 3 as a workpiece to be ground with a grinding disk according to the present invention.
  • the brake disk 3 has a central bore 3.4, via which the brake disk 3 is centered on a vehicle.
  • the brake disk 3 is screwed to the vehicle with its flat contact surface 3.5 on the flat side.
  • bores 3.3 are provided for a screw connection on the receiving flange of the brake disk 3 on the vehicle.
  • the brake disk 3 shows the first active surface 3.1 and the second active surface 3.2, on which the brake blocks or brake stones engage during braking and thereby generate the braking effect on the wheels.
  • the active surfaces 3.1, 3.2 of the brake disk 3 are provided with a very hard and wear-resistant coating 3.6, 3.7 so that wear is minimized and the brake disks 3 have a correspondingly long service life. It is understood that instead of a wear-resistant coating, the brake discs can also be made of wear-resistant material in the area where the brake pads engage.
  • the thicknesses of the wear-resistant coating 3.6, 3.7 are shown by the respective dash-dotted lines with the reference numbers 3.6 and 3.7.
  • the two active surfaces 3.1, 3.2 are also the two grinding areas with a very hard and wear-resistant coating on the brake disc 3, where these two areas the brake disk 3 is ground, it follows for the operation of the brake disks that important dimensional accuracy dimensions must be observed in order to avoid or at least greatly minimize vibrations, premature wear and premature damage to these brake parts during operation.
  • the references A, B on the middle bore 3.4 and on the flat surface 3.5 are important geometric manufacturing dimensions of the brake disk 3. This includes the axial runout B and the centricity A of the central bore 3.4. This axial runout is indicated for the reference value B with the position tolerance with the reference number 3.8.
  • the axial runout B and the parallelism 3.9 are important parameters of the nominal dimensions of the brake discs 3, with the tolerance being in the range of 20 to 25 pm.
  • the values given refer, for example, to an external diameter of the brake disc 3 shown of 350 mm. It is understood that these tolerances for normal steel do not represent the range to which accuracies can be ground.
  • the brake disks 3 are provided with very hard and wear-resistant coatings on their active surfaces 3.1 and 3.2, or are made entirely of such hard and wear-resistant materials, so that these tolerances represent a relatively great challenge when grinding, which is why brake disks are cut to these tolerances for cost reasons and yet their reliable function can still be fulfilled, as a compromise for carrying out the grinding operations in large-scale production, taking into account the extremely hard and difficult-to-grind coatings 3.6, 3.7 of the brake disk 3.
  • the output when grinding the workpieces per unit of time is as high as possible, i.e. the cycle times are as short as possible.
  • FIG 3 shows a sectional view of a grinding wheel, such as that used as the first grinding wheel 5 or second grinding wheel 6 according to Figure 1.
  • the grinding wheel 5, 6 is a ceramic-bonded diamond grinding wheel 5, 6 which is suitable for grinding the two active surfaces 3.1, 3.2 of the brake disk 3.
  • the grinding wheel 5, 6 has a centering hole 5.1 in its center, which serves to centrally hold the grinding wheel 5, 6 on a grinding spindle nose (not shown).
  • the grinding wheel 5, 6 is attached to a flat side on the grinding spindle nose and is axially clamped with a grinding wheel flange over the two flat sides 5.2 of the grinding wheel 5, 6.
  • the flat sides 5.2 arranged on the circumferential side of the grinding wheel 5, 6 are present and drawn at the respective angle a1, a2 in the sense of the angle of inclination of the first grinding spindle 7 and the second grinding spindle 8.
  • the base body 5.3 of the grinding wheel which has a centering hole 5.1 on the inside, is generally made of an aluminum alloy, steel or carbon with the aforementioned generally ceramic-bonded diamond grinding coating 5.4 on the circumference, the thickness Hss of the grinding coating 5.4 having a wearable height of usually 5 to 8 mm.
  • the width Bss of the grinding coating 5.4 represents the outer peripheral side of the grinding wheel 5, 6.
  • Figure 4 shows a further illustration of the arrangement for grinding a brake disk 3, which is shown in half section and basically corresponds to the arrangement in Figure 1.
  • the brake disk 3 is driven in rotation by means of a clamping device 4 on the workpiece spindle 1 with its rotary drive 2.
  • the small radius rw which in the radial direction of the brake disk 3 designates the inner end of its coating with the hard grinding coating 5.4, i.e.
  • the active surfaces 3.1, 3.2 whereas the radius Rw extends from the axis of rotation of the brake disk 3 in the radial direction to its outer circumference.
  • Figure 5 shows a partial view, the view “Y” according to Figure 4, in the direction of the longitudinal axis of the tool spindle 1, wherein the brake disk 3 with the clamping device 4 and the radii rw and Rw in their difference from one another show the flat sides to be ground, which are the active surfaces 3.1, 3.2 on the brake disk 3 and which are ground by means of the grinding disk 6 in the specified area in the grinding engagement 15. Since the basic structure corresponds to that according to Figure 1, only the elements required for direct explanation are shown here in Figure 5 by the corresponding reference numbers.
  • Figure 6 again shows a partial sectional view of the first grinding wheel 5 and second grinding wheel 6 intended for engagement 15 on the active surfaces 3.1, 3.2 of the brake disk 3. All other parts and dimensions such as the radii, the pivot angle cd, a2 and the general arrangement basically correspond to those according to Figures 1, 3 and 4.
  • Figure 6 also shows that it is also possible to achieve different forms of crowning on the normally formed flat active surfaces 3.1, 3.2 by appropriate dressing of the grinding wheels 5, 6. This is also possible if the active surfaces 3.1, 3.2 of the brake disk 3 are slightly concave. This crowning or concavity is conceivable in the micrometer range and is possible for certain applications. Such a shape of the grinding coating in order to produce the corresponding crowning or concavity on the brake disc 3 can be achieved by dressing both grinding wheels 5, 6.
  • Figure ? shows in principle how the peripheral speeds v of the grinding wheels SS 5, 6 and the peripheral speed v of the brake disk 3 behave in the grinding process.
  • the different peripheral speeds lead to different grinding conditions on the flat sides to be ground, i.e. the active surfaces 3.1, 3.2 on the brake disk 3 or the workpiece WS. These different grinding conditions cannot be prevented since this is a surface grinding task in which the peripheral speeds increase with the radius from the inside to the outside during rotation.
  • the speed of the brake disc 3 in the clamped state is a constant value for the entire workpiece.
  • the peripheral speed when grinding is then only approx. 65% of the value for the large radius Rw or se for the outer diameter at a constant workpiece speed.
  • the grinding allowance on the flat sides is assumed to be approx. 0.15 mm as an example. However, the grinding allowance can vary depending on the coating process.
  • this ratio will set the cutting speed at the small radius of the brake disc 3 at 95% in relation to the cutting speed at the large radius of the brake disc 3 at 100%. If the concentration of the abrasive grains in the grinding coating 5.4 of the grinding wheels 5, 6 is constant, the differences in the radii of the grinding wheel will result in different numbers of individual abrasive grains being in grinding action per unit of time, which means that the grinding conditions change depending on the peripheral speed. It should be noted that at the small radius rw of the brake disk 3 only about 65% of the cutting volume is generated on the tool, which means that the difference in this case is about 35%.
  • the grinding wheel 5, 6 generally works in an oblique cut, so that 5% of the grinding wheel diameter is missing on the large diameter Rw of the workpiece, i.e. the brake disc 3, in relation to the grinding wheel, so that it can be assumed that these 5% less abrasive grains are in grinding engagement for one rotation of the grinding wheel, with the same concentration of the abrasive grains in the grinding coating. For this reason, these 5% of the difference in the cutting volume on the brake disc 3 in relation to the different diameters must be subtracted from the approx. 35%, so that strictly speaking, a total difference in the variation in the concentration of the abrasive of approx. 30% results.
  • the peripheral speed is proportional to the machining volume per unit of time across the effective sides 3.1, 3.2 of the brake disk 3, this is also the same as the load on the grinding disk 5, 6 due to the respective machining.
  • the load in the respective grinding area varies relatively strongly due to the parameters mentioned above, so that optimizing the grinding wheel in relation to its specification enables corresponding load compensation, so that the grinding wheel can also be adapted to the respective grinding areas using the grinding wheel geometry. This makes it possible to adapt the manufacturing costs of the grinding wheel to the respective conditions / technical requirements with regard to the respective cutting volume in the respective area of the grinding zone as well as to the required dimensional, shape and surface requirements or accuracies in the grinding zone.
  • These variations can be taken into account or varied individually in the grinding wheel, but they can also be combined with each other to determine the grinding properties of the Grinding wheel can be varied accordingly with regard to the cutting volume or the varying peripheral speed.
  • a technologically / price-optimized grinding wheel can be manufactured and used with regard to the technically required parameters.
  • the shape of the abrasive body is understood to mean its size, its sharpness, its shape, for example whether the abrasive grains are more elongated, more angular or more round.
  • the distribution of the concentration is designed in such a way that the area of the grinding wheels 5, 6 with the largest cutting volume per unit of time also has the highest concentration of abrasive and that the area with the smallest cutting volume per unit of time has the lowest concentration of abrasive.
  • the adjustment in terms of the concentration of the abrasive can be changed linearly or almost linearly across the width of the grinding coating 20, which is advantageous in view of the fact that the peripheral speed of at least the workpiece also changes linearly.
  • a further variation of the abrasive is possible indirectly by varying the bond of the abrasive across the grinding zone of the grinding wheel.
  • the bond in the grinding coating should be as open as possible so that the abrasive grains can be incorporated in such a way that they are held accordingly in the grinding coating 20.
  • These requirements represent one orientation of the variation of the bond of the abrasive.
  • adjustments can also be made with regard to the type of bond. This means that this adjustment relates to the optimal design of the grinding process and to the cutting volume per unit of time, and the bond or the bond material is adjusted accordingly.
  • the openness of the bond it can be influenced by appropriate pressing of the grinding wheel coating during its manufacture.
  • d) In addition to the concentration of abrasive and bond in the sense of a variation of the abrasive in relation to the peripheral speed and thus the cutting volume, it is also possible to achieve this variation indirectly by introducing open or closed structures into the grinding coating via the grinding zone in the grinding wheel. This means that the structures affect shaped recesses in the grinding coating, so that less abrasive is brought into contact in the grinding direction, relative to the circumference.
  • shaped recesses 21 can be freely selected, i.e. they can have round, oval, trapezoidal or other shapes, in deviation from the shapes shown in Figure 8A.
  • the shaped recesses 21 or cutouts are drawn in a rectangular shape and vary in size in such a way that they increase in size from right to left in the drawing, so that the average concentration of abrasive decreases from right to left over the width Bss of the grinding coating 20 of the grinding wheel 5, 6.
  • These mold recesses 21 can be open, as shown in the sectional view AA in Figure 8B, but they can also be formed by fillings with a corresponding abrasive-free material, which can also be just binding material without abrasive.
  • the mold recesses 21 in a special embodiment can also be formed over the full thickness Hss of the grinding coating 20, i.e. extend to the base body of the grinding wheel 5, 6. Further advantages of these mold recesses 21 are that the grinding pressures are kept almost constant during grinding and that cooling lubricant can be carried in the mold recesses 21, which also form pockets, and can be evenly guided to the respective grinding points.
  • Figures 9A and 9B show a further embodiment in which the commonly used abrasive version in the form of CBN and diamond abrasives is used.
  • the abrasive coating 20 is made up of individual segments 30, between which, when glued to the peripheral side of the grinding wheel 5, 6, shaped recesses 31 are formed, which extend in variable widths essentially over the width of the abrasive coating Bss and thus the grinding wheel 5, 6.
  • Figure 9A which is illustrated in section BB in Figure 9B, it can be seen that the shape of the shaped recesses 31 is freely selectable and can extend and change over the width Bss of the grinding wheel 5, 6 as well as extend over the thickness Hss of the abrasive coating.
  • the respective cutting volume can be adapted to the respective grinding conditions via the grinding wheel width and thus via the peripheral speed.
  • the Boundary surfaces of the mold recesses 31 are not straight but curved.
  • the mold recesses 31 can either be filled with abrasive-free filling material or can be designed to be open in the sense of pockets, so that when cooling lubricant is supplied, for example, cooling lubricant is available in these pockets and can be fed to the remaining areas where the grinding process is carried out directly during grinding.
  • Figure 10 shows a further embodiment of the grinding wheel, with otherwise basically the same structure as, for example, in Figure 1.
  • the grinding coating 20 on the grinding wheels 5, 6 is profiled in such a way that during the grinding of the flat sides of the brake disc 3, i.e. the active surfaces 3.1, 3.2, the bevels on the outer circumference of the brake disc 3 are also ground, so that the grinding of the flat sides 3.1, 3.2 and the bevels are ground in a kind of plunge grinding during a grinding process.
  • Figure 11 shows that the workpiece designed as a brake disk 3, as shown for example in Figures 1 and 4, executes a pendulum movement in the direction of the X-axis with the X-axis in the form of a CNC drive axis, so that the direction of the grooves as a surface structure can be specifically influenced / carried out almost arbitrarily during grinding on the finished workpiece and can be adjusted via the grinding program.
  • a corresponding groove pattern that can be easily produced with such an arrangement is shown as an example in Figure 11.
  • Figure 12 shows the grinding of a conical section of a rotationally symmetrical workpiece 32 with its length L, which can be ground with a conical grinding wheel 5, 6, whereby the grinding wheel 5, 6 can be moved via CNC axes X and Z.
  • the grinding process is analogous to the grinding of the flat sides 3.1, 3.2 of brake discs. 3 the grinding situation for the individual grinding areas varies depending on the respective different peripheral speed vu, so that the grinding wheel 5, 6 according to the invention with the grinding coating 20 can also be used here in analogy to the adaptations of the abrasive or the grinding specifications of the grinding coating to the desired cutting volume.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe (5, 6) zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke (3) für eine Großserienfertigung, bei welcher der Schleif- belag (20) in Breitenrichtung und/oder radialer Richtung eine an die Änderung der beim Schleifen vorhandenen jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes (3) entsprechend angepasste Änderung der Spezifikation aufweist. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Schleifscheibe (5, 6) zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke (32) für Großserienfertigung bereitgestellt, bei welcher der Schleifbelag (20) zumindest in Breitenrichtung sich ändernde Formausnehmungen (31) aufweist, sodass eine Anpassung der Schleifmittelkonzentration an die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit dadurch erfolgt, dass die Formausnehmungen (31) sich über die Breite BSS des Schleifbelages (20) ändern, sodass eine Variation der durchschnittlichen Spezifikation des Schleifmittels entsprechend der jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit vorhanden ist.

Description

SCHLEIFSCHEIBE ZUM PLANSEITIGEN UND KEGELFÖRMIGEN SCHLEIFEN VON SCHWER ZERSPANBAREN WERKSTOFFEN AN ROTATIONSSYMMETRISCHEN WERKSTÜCKEN
Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe zum planseitigen und kegelförmigen Schleifen von schwer zerspanbaren Werkstoffen an rotationssymmetrischen Werkstücken.
Neben dem Erzielen hoher Genauigkeiten beim Schleifen von Werkstücken spielen insbesondere für Großserienfertigungen die Stückkosten eine große Rolle. Häufig gilt der Zusammenhang, dass Werkstücke, für die eine geringere oder moderatere Genauigkeit zu erzielen sind, eine bessere Eignung für Großserienfertigungen darstellen. Je genauer die Werkstücke geschliffen werden müssen, umso höher sind auch logischerweise die Stückkosten. Diese Diskrepanz zwischen Qualität und Herstellungskosten vor allem für Großserienfertigung wird umso größer, je schwieriger die Werkstücke zu schleifen sind. Dies trifft insbesondere für Werkstücke mit hohen Zerspanungswiderstand aufweisenden Beschichtungen beziehungsweise Materialien zu, welche zumindest Anteile von Wolframcarbid, Siliziumcarbid oder beispielsweise Titancarbid aufweisen. Diese Carbidanteile führen dazu, dass die zu schleifenden Flächen am Werkstück sehr hart sind, daher schwieriger als bei normalen Materialien wie zum Beispiel in üblichen Verfahren gehärtete Stähle schleifbar sind.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Stückkosten vor allem auch bei Werkstücken, welche in hoher Genauigkeit geschliffen werden müssen, von den Werkzeugkosten wesentlich bestimmt werden. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass die Schleifscheibe zum Schleifen von den oben genannten harten Beschichtungen beziehungsweise Materialen der Werkstücke einen sehr wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten eines zu schleifenden Werkstückes bilden. Die vorstehend genannten sehr harten und einen hohen Schleifwiderstand aufweisenden Materialen beziehungsweise Beschichtungen der Werkstücke beziehen sich beispielsweise auf Bremsscheiben, die verschleißfeste Beschichtungen aufweisen, wofür besonders speziell für diese Anwendungszwecke ausgebildete Schleifscheiben eingesetzt werden müssen. Es versteht sich, dass derartige spezielle Schleifscheiben auch höhere Kosten aufweisen als Schleifscheiben, welche für beispielsweise gehärtete Materialien eingesetzt werden können. Ein weiterer Kostenanteil bei den Fertigungskosten besteht neben den Kosten für die Schleifscheiben in den Kosten für Abrichtwerkzeuge und für den eigentlichen Abrichtvorgang zwischen Schleifoperationen. Je früher eine Schleifscheibe verschleißt, umso häufiger muss diese abgerichtet werden. Zwischen dem Material der Schleifscheibe, der sogenannten Spezifikation, und dem Abrichten und der zur erreichenden Genauigkeit der geschliffenen Werkstücke ist hinsichtlich der Gesamtkosten stets eine Optimierung erforderlich, wobei es sich versteht, dass eine Verringerung der Herstellungskosten der Werkstücke die Gewinnmarge für produzierte beziehungsweise geschliffene Werkstücke entsprechend erhöhen kann.
Sowohl die planseitigen wie auch die kegelförmigen rotationssymmetrischen Bereiche der Werkstücke, welche geschliffen werden sollen, werden wie beispielsweise auch die zuvor erwähnten Bremsscheiben mit ihren Umfangsstirnseiten geschliffen. Hier besteht der Nachteil, dass der sich über die Dicke der Schleifscheibe erstreckende Schleifbelag im Wesentlichen mit konstanter Spezifikation wegen der sich in radialer Richtung verändernden Umfangsgeschwindigkeit, insbesondere des Werkstückes, unterschiedlichen Schleifabtrag leisten muss, sodass die Schleifscheibe in radialer Richtung des zu schleifenden Werkstückabschnittes veränderte Schleifeingriffsbedingungen hat und damit auch veränderte Zerspanvolumina realisieren beziehungsweise aufweisen.
Die hier im Rahmen der Erfindung als schwer zerspanbare Werkstoffe rotationssymmetrischer Werkstücke bezeichneten Schleifbereiche beziehen sich auf Werkstücke, welche einen schwer zerpanbaren Werkstoff als Grundwerkstoff aufweisen, wie auch auf Werkstücke, die im Schleifbereich eine spezielle diesbezügliche Beschichtung aufweisen, welche schwer zerspanbar ist. Beide Ausführungsformen sollen hier unter schwer zerspanbaren Werkstoffen rotationssymmetrischer Werkstücke verstanden werden.
Die mittels ihrer Umfangsseite am Werkstück, beispielsweise einer Bremsscheibe, mittels Umfangsschleifen in Schleifeingriff gebrachte Schleifscheibe erzeugt auf dem zu schleifenden Werkstück einen sogenannten Peripherieschliff, das heißt die Schleifriefen verlaufen auf der Planseite radial umlaufend. Diese Form der Schleifriefen ist am fertig geschliffenen Werkstück häufig erwünscht, jedoch nicht zwingend vorgeschrieben.
Prinzipiell haben Schleifscheiben zum Schleifen von schwer zerspanbaren Werkstoffen gegenüber Schleifscheiben für normal harte Materialien höhere Preise, so dass die Herstellungskosten von Werkstücken mit derartigen schwer zerspanbaren Beschichtungen oder aus derartigem Material mit höheren Herstellungskosten verbunden sind.
So ist in dem Angebotskatalog von Krebs & Riedel (KCD-101/2010) beispielsweise für das Flachschleifen, das heißt die planparallele Bearbeitung von Flächen mit einem Scheibenum- fang, wie sie für Bremsscheiben zutreffen, wegen sogenannter hochharter Eisen- und Stahllegierungen oder sprödharter Materialien auf Schleifspezifikationen aus CBN und Diamant für gute Abtragsleistungen hingewiesen. Insbesondere wird darauf verwiesen, dass das Schleifkorn als Schleifmittel als einer Form der Schleifspezifikation mit unregelmäßigen Katen, in blockiger Form, in spitzer Form oder synthetische Diamantkörner zum Einsatz kommen. Wenn beispielsweise Werkstücke mit Planseiten und Durchmesserbereichen zu schleifen sind, so ist in diesem Stand der Technik beschrieben, dass das Werkzeug für beispielsweise ein Zwei-Zonen-Schleifen unterschiedliche Spezifikationen aufweisen kann, wobei umfangsgeschwindigkeitsbedingte unterschiedliche Zerspanvolumina nicht erwähnt, also nicht beschrieben werden.
Im Katalog Nummer 1 „Automobil, Turbinen, Wälzlager“ der Firma Winter ist darauf hingewiesen, dass schwer zu schleifende Werkstücke insbesondere diejenigen sind, welche Mischwerkstoffe zumindest an ihren Oberflächen aufweisen wie zum Beispiel Bremsbeläge. Des Weiteren wird darauf verwiesen, dass die Bindungen für die Schleifkörner für die jeweiligen Anwendungsfälle speziell ausgelegt und angepasst werden. Wenn Bremsbeläge geschliffen werden sollen, dann wird darauf hingewiesen, dass eine extrem große Kornhaltekraft und ein hoher Kornfreistand gewährleistet sein müssen. Wegen unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeiten der zu schleifenden insbesondere Planbereiche von Werkstücken bedingte unterschiedliche Zerspanvolumina sind jedenfalls hinsichtlich der Spezifikation der Schleifwerkzeuge selbst für spezielle Anwendungen nicht erwähnt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, für eine Großserienfertigung eine kostengünstige Lösung zum Schleifen von insbesondere scheibenförmigen beziehungsweise rotationssymmetrischen Werkstücken bereitzustellen, deren Schleifbereich aus schwer zerspanbaren Werkstoffen oder Beschichtungen besteht. Dabei ist es Teil der Aufgabe, die Werkzeugkosten pro Werkstück, das heißt die Herstellungskosten des Werkzeuges pro Werkstück zu optimieren beziehungsweise zu verringern. Es versteht sich dabei, dass diese Optimierungen im Wesentlichen für viele Werkstücke geeignet sein sollen und nicht auf beispielsweise Bremsscheiben begrenzt sein sollen. Die optimierten Schleifwerkzeuge sollen dabei an den unterschiedlichsten Bereichen des Schleifeingriffs der Planseiten und damit des Schleifbelages so angepasst sein, dass unabhängig von der Umfangsgeschwindigkeit des zu schleifenden Werkstückes die Schleifbedingungen für das zu schleifende besonders schwer zerspanbare Material optimierte Schleifbedingungen beziehungsweise Zerspanvolumina realisiert werden können. Wesentlicher Teil der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schleifscheibe bereitzustellen, welche eine hohe Schleifqualität, eine große Standfestigkeit und einen für die Großserienfertigung geeigneten günstigen Beschaffungspreis hat. Bezüg- lieh der Genauigkeit soll die Schleifscheibe im Schleifeingriffsbereich, das heißt in ihrem Wirkbereich Toleranzen hinsichtlich ihrer Dicke, ihres Planlaufes, der Güte der Ebenheit der Oberflächen und hinsichtlich der geforderten Maßtoleranzen stets prozesssicher einhalten können. Dabei soll die Dickentoleranz < 8 bis 10 pm sein, wenn beispielsweise planparallele Außenseiten von Werkstücken geschliffen werden sollen. Beim Schleifen von beispielsweise Bremsscheiben oder bremsscheibenartiger Werkstücke ist eine derartige Genauigkeit von besonderer Bedeutung, da, über den Umfang der Bremsscheibe gesehen, bei Abweichungen von dem angegebenen Dickentoleranzbereich pulsierende Bremswirkungen auftreten können, was unter sicherheitstechnischen Anforderungen beim Bremsen und Erzeugen der Bremskraft zu vermeiden beziehungsweise nicht zulässig ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Schleifscheibe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie mit einer Schleifscheibe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 2 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Schleifscheibe beschrieben, welche zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke für eine Großserienfertigung geeignet ist. Die Schleifscheibe weist an ihrem Außenumfang, das heißt an ihrer Umfangsseite einen Schleifbelag auf, welcher gemäß der Erfindung in Breitenrichtung und/oder in radialer Richtung eine variierende Spezifikation aufweist. Die Spezifikation ändert sich und ist an die beim Schleifen vorhandenen jeweiligen Umfangsgeschwindigkeiten zumindest des Werkstückes entsprechend angepasst. Unter Spezifikation soll im Rahmen dieser Erfindung die Spezifikation des Schleifbelages hinsichtlich Schleifkornhärte, Schleifkorngröße, Schleifkornform, Schleifmittelkonzentration, Schleifmittelbindung und Schleifmittelart verstanden werden. Beim Schleifen von planseitigen Flächen sind, wenn die Schleifflächen der Schleifscheibe an den ebenen Flächen des zu schleifenden Werkstücken im Eingriff sind, über die Schleifbreite, das heißt über die Breite beziehungsweise Dicke der Schleifscheibe und damit der Breite des Schleifbelags unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten vorhanden, welche bei konstanter Spezifikation des Schleifbelages für jede unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit unterschiedliche Schleifbedingungen und damit unterschiedliches Zerspanvolumen aufweist. Dadurch kann nicht nur eine Schleifscheibe übermäßig schnell in den Bereichen verschleißen, in denen die größte Belastung vorhanden ist und das größte Spanvolumen abgetragen wird, die Schleifscheibe würde dadurch auch unnötig teuer, da der Schleifbelag für das höchste Zerspanvolumen und damit die höchste Belastung für die Schleifscheibe an allen Schleifbereichen ausgelegt wird, wohingegen in Bereichen geringerer Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes aber nur eine geringere Belastung der Schleifscheiben beziehungsweise des Schleifbelages vorhanden ist. Wenn schwer zerspanbare Werkstoffe für das Werkstück beziehungsweise für dessen Beschichtung geschliffen werden müssen, dann treten an den beiden Wirkflächen beispielsweise einer Bremsscheibe beim Eingriff der Schleifscheibe in diesen genannten Bereichen hohe Schleifkräfte auf, welche beispielsweise in Richtung der Längsachse der Bremsscheibe dadurch kompensiert werden können, dass beide Oberflächen gleichzeitig von jeweiligen Schleifscheiben geschliffen werden, sodass sich die Schleifkräfte in axialer Richtung des Werkstückes im Wesentlichen kompensieren. Insbesondere bei den beschichteten und extrem verschleißfesten Wirkflächen an einer Bremsscheibe ergeben sich durch die Beschichtung oder durch die Ausbildung der Bremsscheibe mit derartigen extrem verschleißfesten Schichten hochfeste Oberflächen, welche schwer zerspanbar sind. Das bedeutet, dass von jeder Schleifscheibe relativ hohe Schleifkräfte in axialer Richtung des Werkstückes aufgebracht werden müssen. Wenn jedoch auf jeder Seite der Bremsscheibe an jeder Wirkfläche davon eine jeweilige Schleifscheibe beim Schleifen eingreift, dann können auch die hohen Schleifkräfte in axialer Richtung der Werkstückes aufgefangen und kompensiert werden. Durch den Einsatz jeweils einer Schleifscheibe auf jeder Planfläche der Bremsscheibe einer Schleifscheibe werden die resultierenden Schleifkräfte minimiert, aber auch die Schleifzeiten minimiert, sodass insbesondere für eine Großserienfertigung eine günstigere Kostenstruktur erreicht wird. Vorzugsweise wird als Kühlschmierstoff zum Schleifen eine wasserlösliche Schleifemulsion eingesetzt, jedoch ist auch Schleiföl als Kühlschmierstoff anwendbar.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Schleifscheibe bereitgestellt, welche zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke ebenfalls für Großserienfertigung dient und mit einem Schleifbelag an ihrem Außenumfang ausgebildet ist, welcher insbesondere zum Schleifen von schwer zerspanbaren Materialien oder Beschichtungen auf der Oberfläche des Werkstücke, die zu schleifen ist, geeignet beziehungsweise ausgebildet ist.
Gemäß der Erfindung ist an den Planseiten, das heißt am Umfang der Schleifscheibe ein Schleifbelag vorgesehen, welcher erfindungsgemäß in Breitenrichtung sich ändernde Formausnehmungen aufweist. Diese Formausnehmungen sind in Umfangsrichtung des Schleifbelages so angeordnet, dass die Eingriffslänge der Schleifscheibe beim Schleifen entsprechend der Schleifbelagbreite derart zur Verringerung des Zerspanvolumens beiträgt, dass die durchschnittliche Spezifikation der gesamten Schleifbelagbreite durch die Formausnehmungen im Schleifbelag an die an der Breite des Schleifbelages und an der in radialer Richtung sich erstreckenden zu schleifenden Fläche des Werkstückes an die dort jeweils vorhandenen Umfangsgeschwindigkeiten zumindest des Werkstückes angepasst ist. Unter durch- schnittlicher Spezifikation soll dabei verstanden werden, dass die Formausnehmungen entweder leere Ausnehmungen im Schleifbelag oder Ausnehmungen hinsichtlich der Schleifmittel in der Form sind, dass in den Formausnehmungen keine Schleifmittel sind, dass die Formausnehmungen allenfalls mit schleifmittelfreien Mitteln wie beispielsweise Bindungsmasse ohne Schleifmittel gefüllt sind. Je nach Größe der Formausnehmungen ergibt sich dadurch eine unterschiedliche durchschnittliche Spezifikation des Schleifbelages. Je nach Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes an der jeweiligen Bearbeitungsstelle wird dadurch das Zerspanvolumen angepasst, wobei sich das Zerspanvolumen verringert, wenn die Formausnehmungen in den jeweiligen Breitenabschnitten größer sind als in anderen Abschnitten der Schleifbelagbreite.
Die Spezifikation des Schleifbelages variiert vorzugsweise hinsichtlich der Schleifmittel an die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes hinsichtlich der Schleifkornhärte und/oder Schleifkorngröße und/oder Schleifkornform und/oder Schleifmittelkonzentration und/oder Schleifmittelbindung, sodass für die jeweiligen Schleifbedingungen und jeweiligen Materialien die optimalen Schleifmittel-Spezifikationen direkt an das Werkzeug, die Schleifscheibe, angepasst sind, und zwar an die an der jeweiligen radialen Stelle vorhandenen Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes.
Weiter vorzugsweise sind die Spezifikationen und/oder die Formausnehmungen des Schleifbelages mit der Anpassung an die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit an ein jeweiliges diesen Umfangsgeschwindigkeiten entsprechenden entsprechendes, über die Breite des Schleifbelages sich änderndes Zerspanvolumen angepasst. Es wird also mit der Änderung der Spezifikation beziehungsweise der Anpassung der Spezifikation des Schleifbelages an die entsprechende Umfangsgeschwindigkeit am Werkstück dafür gesorgt, dass über die gesamte Breite des Schleifbelages gleiche oder zumindest ähnliche Schleifbedingungen herrschen mit jeweils gleichem oder ähnlichem Zerspanvolumen, sodass der Schleifbelag der Schleifscheibe optimal ausgenutzt werden kann, sodass beim nach einer gewissen Schleifzeit erforderlichen Abrichten der Schleifbelag in der gesamten Breite im Wesentlichen gleichmäßig abgerichtet werden kann. Dies verringert den Abrichtaufwand, d. h. den Verschleiß des Diamant-Abricht-Werkzeuges, und trägt damit auch zur Reduzierung der Herstellungskosten bei.
Weiter vorzugsweise ist die Änderung der Spezifikation der Schleifscheibe beziehungsweise auch ihrer Formausnehmungen oder der Spezifikation und der Formausnehmungen über die Breite des Schleifbelages so ausgebildet, dass sich eine lineare bzw. nahezu lineare Änderung des Zerspanvolumens am Werkstück ergibt. Um optimale, an die jeweilige Umfangsge- schwindigkeit angepasste Zerspanvolumina am Werkstück zu erreichen, sind die Formausnehmungen innerhalb des Schleifbelages vorzugsweise rechteckig, trapezförmig, dreieckig, vieleckig, rund oder oval mit glatten oder gebogenen Seitenwänden ausgebildet. Die Form der Formausnehmungen hat dabei vor allem auch hinsichtlich der Tatsache, dass sie mit schleifmittelfreien Stoffen wie beispielsweise Bindungsmittel ausgefüllt sind, einen direkten Einfluss auf die durchschnittliche Spezifikation hinsichtlich der an den jeweiligen radialen Abschnitten herrschenden Umfangsgeschwindigkeit.
Vorzugsweise kann für die Formausnehmungen anstelle eines Bindungsmaterials auch ein anderer schleifmittelfreier Füllstoff verwendet werden, wobei zwischen dem Füllstoff beziehungsweise Bindungsmaterial und dem mit Schleifmittel versehenen Abschnitten des Schleifbelages ähnliche Dichten vorhanden sein sollen, wodurch ein direkter Einfluss auf ein schwingungsarmes Schleifen genommen werden kann.
Weiter vorzugsweise ist der Schleifbelag aus Segmenten ausgebildet, welche auf einem Schleifscheibengrundkörper aufgeklebt sind, sodass die Fertigung der Segmente entsprechend dem unterschiedlichen Zerspanvolumen beziehungsweise der dem jeweiligen Zerspanvolumen entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten leichter herzustellen sind als ein in sich geschlossener Ring, welcher auf der Außenseite des Schleifscheibengrundkörpers aufgebracht und dort dann befestigt wird.
Es versteht sich, dass die Spezifikationen und/oder die Formausnehmungen an eine Wirkfläche des Werkstückes, insbesondere einer Bremsscheibe, sowie an dessen Material angepasst sind.
Mitumfasst sind im Rahmen dieser Erfindung auch Ausbildungen der Schleifbeläge in einer balligen oder konkaven Form, wobei diese ballige oder konkave Form hinsichtlich ihrer Größe bezogen auf die rotationssymmetrische Form im davon abweichenden Mikrometerbereich ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Schleifbelag das Schleifmittel CBN und/oder Diamant mit der entsprechenden Bindung.
Weitere Vorteile, Ausbildungsvarianten und Details werden nun für die vorliegende Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine prinzipielle Anordnung von Bremsscheibe und beidseitig an deren Wirkfläche eingreifenden Schleifscheiben;
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Bremsscheibe;
Figur 3 eine Schnittdarstellung einer Schleifscheibe;
Figur 4 eine Teildarstellung einer Anordnung gemäß Figur 1 ;
Figur 5 eine Darstellung des Schleifbereiches an der Bremsscheibe in Blickrichtung Y gemäß Figur 4;
Figur 6 eine Darstellung gemäß Figur 1 mit weggelassener Werkzeugspindel;
Figur 7 ein Diagramm zur Darstellung der linearen Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit von Werkstück und Schleifscheibe;
Figur 8A eine prinzipielle Ansicht einer Schleifscheibe auf deren Umfang mit Formausnehmungen mit zunehmender Größe von rechts nach links;
Figur 8B eine T eilschnittansicht A-A der Schleifscheibe durch den Schleifbelag mit Formausnehmungen;
Figur 9A eine Draufsicht auf die Planseite des Schleifbelags in Form von aufgeklebten Segmenten und über die Breite sich verändernder Formausnehmungen;
Figur 9B eine Schnittansicht B-B von Figur 9A mit Darstellung der über die Breite des Schleifbelags beziehungsweise der Schleifscheibe sich erstreckender Formausnehmung;
Figur 10 eine prinzipielle Ansicht einer Anordnung gemäß Figur 1 , jedoch mit einem die
Stirnseite der Bremsscheibe übergreifenden Schleifbereich zum Schleifen von Fasen;
Figur 11 eine Bremsscheibe in Draufsicht mit eingeschliffener definierter Schleifrillenrichtung; und Figur 12 eine Anordnung gemäß zweitem Aspekt der Erfindung, bei welchem ein rotationssymmetrisches Teil mit kegelförmigem Abschnitt mit einer Schleifscheibe gemäß der Erfindung geschliffen wird.
In Figur 1 ist als Teildarstellung in Draufsicht eine prinzipielle Anordnung eines aufgespannten Werkstückes in Form einer Bremsscheibe 3 gezeigt, deren erste und zweite Wirkflächen 3.1 , 3.2 an den Planseiten von gegenüberliegenden Schleifscheiben 5, 6 geschliffen werden. Eine Werkstückspindel 1 , welche mittels eines Drehantriebs 2 der Spindel die in einer Spanneinrichtung 4 aufgespannte Bremsscheibe 3 zum Zwecke des Schleifens rotatorisch antreibt. In Figur 1 ist bei der dargestellten Draufsicht rechts von der Werkstückspindel 1 eine Doppelanordnung von erster Schleifspindel 7 und zweiter Schleifspindel 8, welche jeweils eine Schleifscheibe 5 beziehungsweise 6 mit entsprechenden Schleifbelägen 20 tragen. Die erste Schleifscheibe 5 und die zweite Schleifscheibe 6 sind bezüglich ihrer Umfangsflächen und damit bezüglich des Schleifbelages 20 konisch ausgebildet, sodass bei Planparalleleneingriff der Schleifbeläge 20 an den Wirkflächen 3.1 , 3.2 bei gegenüberliegender Anordnung die jeweiligen Schleifspindeln 7, 8 bezüglich der durch die Rotationsebene der Bremsscheibe 3 verlaufenden Mittellinie 11 mit einem Winkel cd beziehungsweise a2 geneigt. Dabei entsprechen die Neigungswinkel cd beziehungsweise a2 dem Konuswinkel der mit der jeweiligen Schleifscheibe 5, 6 im Eingriff befindlichen Schleifbeläge 20. In der dargestellten Position sind die beiden Schleifscheiben 5, 6 im Schleifeingriff 15 an den jeweils gegenüberliegenden Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3. Die Schleifscheiben 5, 6 sind dabei an den gegenüberliegenden Planseiten der Bremsscheibe 3 angeordnet, sodass die Schleifkräfte durch die gegenüberliegend im Schleifeingriff 15 befindlichen Schleifscheiben 5, 6 kompensiert werden. Die Schleifspindel 7 stellt den Drehantrieb 9 für die erste Schleifscheibe 5 dar, wohingegen der Drehantrieb 10 die Schleifspindel 9 und mit ihr die zweite Schleifscheibe 6 rotatorisch antreibt. Die Neigungswinkel cd der ersten Schleifspindel 7 und a2 der zweiten Schleifspindel 8 zur Mittelebene 11 sind maschinenmäßig vorgegeben und feste Winkel. Üblicherweise sind die Winkel cd und a2 für die beiden Schleifspindeln 7, 8 gleich groß. Prinzipiell ist es aber entsprechend unterschiedlicher Schleifaufgaben durchaus auch möglich, dass cd und a2, falls dies aus technischen Gründen so erforderlich sein sollte, unterschiedlich sind.
Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung sind die Rotationsachsen der ersten Schleifspindel 7 und der zweiten Schleifspindel 8 bezüglich der Mittelachse 11 um einen Winkel von beispielsweise 12° geneigt, wobei dieser Winkel eine vorzugsweise Anordnung in der Schleifmaschine ist, weil dadurch wesentliche Vereinfachungen aufgrund der Störkonturen in der Maschine sich ergeben und die jeweiligen Schleifspindelstöcke steifer ausgeführt werden können. Prinzipiell ist es auch möglich, dass als Sonderfall die Winkel a1 = a2 = 0° sind. Dies würde bedeuten, dass die Schleifscheiben als zylindrische Planseiten aufweisende Schleifscheiben ausgebildet sind und bezüglich ihrer Anordnung einschließlich der jeweiligen Schleifbeläge 20 rechtwinklig zu der Ebene der Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 angeordnet sind.
Ebenfalls möglich wäre eine Anordnung der Schleifspindeln 7, 8 mit negativem Einschwenkwinkel a1, a2, sofern dafür ein konstruktives Erfordernis vorhanden sein sollte. Eine derartige Anordnung mit negativen Schwenkwinkeln a1, a2 ist natürlich nur insoweit möglich, als die Schleifscheibe die Werkzeugspindel 1 nicht berührt. Für derartig gewünschte Anordnungen wäre beispielsweise auch denkbar, dass die erste Schleifspindel 7 bezüglich der Rotationsachse ihres Drehantriebs 9 parallel zur Mittelachse 11 angeordnet ist und eine zylindrische, Planseiten aufweisende Schleifscheibe 5 besitzt, wohingegen die zweite Schleifscheibe 6 über ihre zweite Spindel 8 mittels eines negativen Schwenkwinkels a2 als konische Scheibe sozusagen in die Rotationsachse, unterhalb der zu schleifenden Bremsscheibe 3, hineingeschwenkt ist.
In herkömmlicher Weise sind die Achsenbewegungen entlang von CNC-Achsen Z1, Z2 und X in zumindest teilweise interpolierender Bewegung gesteuert.
In Figur 2 ist als Halbschnitt die Grundform einer Bremsscheibe 3 als mit einer Schleifscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung zu schleifendem Werkstück dargestellt. Die Bremsscheibe 3 weist eine mittlere Bohrung 3.4 auf, über welche die Bremsscheibe 3 an einem Fahrzeug zentrierend befestigt wird. Dabei wird die Bremsscheibe 3 mit ihrer Plananlagefläche 3.5 planseitig am Fahrzeug angeschraubt. Für die diesbezügliche Verschraubung sind Bohrungen 3.3 für eine Schraubverbindung auf dem Aufnahmeflansch der Bremsscheibe 3 am Fahrzeug vorgesehen. An der Bremsscheibe 3 sind die erste Wirkfläche 3.1 und die zweite Wirkfläche 3.2 dargestellt, auf denen die Bremsklötze oder Bremssteine beim Bremsvorgang angreifen und dadurch die Bremswirkung an den Rädern erzeugen. Die Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 sind mit einer sehr harten und verschleißfesten Beschichtung 3.6, 3.7 versehen, damit der Verschleiß minimiert und die Bremsscheiben 3 eine entsprechend lange Lebensdauer aufweisen. Es versteht sich, dass anstelle einer verschleißfesten Beschichtung die Bremsscheiben auch aus verschleißfestem Material in dem Bereich des Angriffs der Bremsklötze ausgebildet sein können. Die Dicken der verschleißfesten Beschichtung 3.6, 3.7 sind durch die jeweiligen strichpunktierten Linien mit den Bezugsziffern 3.6 und 3.7 eigezeichnet. Da die beiden Wirkflächen 3.1 , 3.2 auch die beiden Schleifbereiche mit sehr harter und verschleißfester Beschichtung an der Bremsscheibe 3 sind, wo an diesen beiden Bereichen die Bremsscheibe 3 geschliffen wird, ergibt sich für den Betrieb der Bremsscheiben, dass wichtige Maßhaltigkeitsabmessungen einzuhalten sind, um Schwingungen, vorzeitigen Verschleiß und vorzeitige Beschädigungen an diesen Bremsteilen im Betrieb zu vermeiden oder zumindest stark zu minimieren. Die Bezüge A, B an der mittleren Bohrung 3.4 beziehungsweise an der Plananlage 3.5 sind wichtige geometrische Herstellmaße der Bremsscheibe 3. Dazu zählt zum einen auch der Planlauf B und zum anderen die Zentrizität A der zentralen Bohrung 3.4. Dieser Planlauf ist zur Bezugsgröße B mit der Lagetoleranz mit der Bezugsziffer 3.8 angedeutet. Die Genauigkeit dieses Planlaufs der Wirkbereiche 3.1 , 3.2 ist wegen des Bewegungsweges der Bremsklötze aus der Nichtbremsstellung in die Bremsstellung im Eingriff mit den Beschichtungen 3.6, 3.7 der Bremsscheibe 3 eingezeichnet. Die einzuhaltende Dicke ist mit d bezeichnet. Zusätzlich zur Planseitentoleranz ist in diesen genannten Bereichen der Bremsscheibe 3 die Parallelität der beiden geschliffenen Planseiten, das heißt der Wirkflächen 3.1 , 3.2 mittels der Bezugsziffer 3.9 angegeben. Für eine zuverlässige Funktion der Bremsscheibe im Fahrzeug beträgt die Parallelität 3.9 der beiden Wirkflächen 3.1 , 3.2 zueinander üblicherweise beispielsweise maximal 8 bis 10 pm. Der Planlauf B und die Parallelität 3.9 stellen wichtige Kenngrößen der Sollmaße der Bremsscheiben 3 dar, wobei die Toleranz im Bereich von 20 bis 25 pm liegt. Die angegebenen Werte beziehen sich beispielhaft auf einen Außendurchmesser der dargestellten Bremsscheibe 3 von 350 mm. Es versteht sich, dass diese Toleranzen für normalen Stahl durchaus nicht den Bereich darstellen, bis zu welchen Genauigkeiten geschliffen werden können. Zu beachten ist jedoch, dass die Bremsscheiben 3 an ihren Wirkflächen 3.1 beziehungsweise 3.2 mit sehr harten und verschleißfesten Beschichtungen versehen sind oder komplett aus derartigen harten und verschleißfesten Materialen bestehen, so dass diese Toleranzen eine relativ große Herausforderung beim Schleifen darstellen, weshalb auch aus Kostengründen Bremsscheiben auf diese Toleranzen zugeschnitten werden und dennoch ihre zuverlässige Funktion erfüllt werden kann, sozusagen als Kompromiss zur Durchführung der Schleifoperationen bei einer Großserienfertigung unter Beachtung der extrem harten und schwer schleifbaren Beschichtungen 3.6, 3.7 der Bremsscheibe 3. Hierbei ist aus Kostengründen zu beachten, dass die Ausbringleistung beim Schleifen der Werkstücke pro Zeiteinheit möglichst hoch ist, d. h. die Taktzeiten möglichst niedrig sind.
In Figur 3 ist in Schnittdarstellung eine Schleifscheibe, wie sie beispielsweise gemäß Figur 1 als erste Schleifscheibe 5 beziehungsweise zweite Schleifscheibe 6 zum Einsatz kommt. Die Schleifscheibe 5, 6 ist vom Typ her eine keramisch gebundene Diamantschleifscheibe 5, 6 die zum Schleifen der beiden Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 geeignet ist. Die Schleifscheibe 5, 6 weist in ihrem Zentrum eine Zentrierbohrung 5.1 auf, die zur zentrischen Aufnahme der Schleifscheibe 5, 6 auf einer (nicht dargestellten) Schleifspindelnase dient. Die Schleifschiebe 5, 6 wird an eine Planseite an der Schleifspindelnase angeschlagen und mit einem Schleifscheibenflansch über die beiden Planseiten 5.2 der Schleifscheibe 5, 6 axial fest eingespannt. Die an den umfangsseitig der Schleifscheibe 5, 6 angeordneten Planseiten 5.2 sind unter dem jeweiligen Winkel a1, a2 im Sinne des Neigungswinkels der ersten Schleifspindel 7 und der zweiten Schleifspindel 8 entsprechend vorhanden und eingezeichnet. Der Grundkörper 5.3 der Schleifscheibe, welche im Inneren eine Zentrierbohrung 5.1 aufweist, besteht im Allgemeinen aus einer Aluminium-Legierung, aus Stahl oder aus Karbon mit dem bereits erwähnten, am Umfang einen im Allgemeinen keramisch gebundenen Diamant-Schleifbelag 5.4, wobei die Dicke Hss des Schleifbelags 5.4 eine abnutzbare Höhe von üblicherweise 5 bis 8 mm aufweist. Die Breite Bss des Schleifbelags 5.4 stellt die äußere Umfangsseite der Schleifscheibe 5, 6 dar. Für die Genauigkeit ebenfalls wichtige und hinsichtlich der Abmessung der Schleifscheibe 5, 6 einzuhaltende Parameter sind des Weiteren der große Radius Rss, welcher von der Rotationsachse der Schleifscheibe 5, 6 bis zur äußersten Schleifbelagspitze reicht, und der kleine Radius rss, welcher von der Rotationsachse der Schleifscheibe 5, 6 bis zur inneren Umlaufkante des Schleifbelages 5.4 reicht. Die angegebenen Maße beziehungsweise Dimensionen der Schleifscheibe 5, 6 sind für die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Schleifscheibe von Bedeutung.
In Figur 4 ist eine weitere Darstellung der Anordnung zum Schleifen einer Bremsscheibe 3, welche im Halbschnitt dargestellt ist, welche dem Grunde nach der Anordnung gemäß Figur 1 entspricht. Die Bremsscheibe 3 wird mittels einer Spannvorrichtung 4 auf der Werkstückspindel 1 mit deren Drehantrieb 2 rotierend angetrieben. Analog zu den zu Figur 3 beschriebenen Radien rss und Rss des Schleifbelages 20 der Schleifscheibe 5, 6 sind hier für die Bremsscheibe 3 die Radien rw und Rw eingetragen. Der kleine Radius rw, welcher in radialer Richtung der Bremsscheibe 3 das innere Ende ihrer Beschichtung mit dem harten Schleifbelag 5.4, das heißt der Wirkflächen 3.1 , 3.2 bezeichnet, wohingegen der Radius Rw von der Rotationsachse der Bremsscheibe 3 in radialer Richtung bis zu deren Außenumfang reicht. Die Rotation beziehungsweise der Drehantrieb 2 der in der Spannvorrichtung 4 eingespannten Bremsscheibe 3 wie auch die senkrecht zu den Wirkflächen 3.1 , 3.2 an der Bremsscheibe 3 in der Zeichnung oben und unten im Eingriff befindlichen Schleifscheiben 5, 6 beziehungsweise deren Schleifspindeln 7 und 8 wird die in Schleifrichtung zu den Planseiten der Bremsscheibe 3 auszuführende Zustellbewegung über die CNC-Achsen Z1, Z2 jeweils realisiert. Zusätzlich ist die Bewegung der Werkzeugspindel 1 in X-Richtung eingezeichnet, welche ebenfalls eine CNC-Achse und die Zustellung der Bremsscheibe 3 in den Schleifspalt zwischen den beiden Schleifscheiben 5, 6 für die Planseiten der Bremsscheibe 3 darstellt. In Figur 5 ist eine Teilansicht, die Ansicht „Y“ gemäß Figur 4, in Richtung der Längsachse der Werkzeugspindel 1 dargestellt, wobei die Bremsscheibe 3 mit der Spannvorrichtung 4 und den Radien rw und Rw in ihrer Differenz zueinander die zu schleifenden Planseiten zeigen, welche die Wirkflächen 3.1 , 3.2 an der Bremsscheibe 3 sind und welche mittels der Schleifscheibe 6 in dem angegebenen Bereich im Schleifeingriff 15 geschliffen werden. Da der Grundaufbau dem gemäß Figur 1 entspricht, sind hier in Figur 5 nur die zur unmittelbaren Erläuterung erforderlichen Elemente durch die entsprechenden Bezugsziffern dargestellt.
In Figur 6 ist wiederum eine Teilschnittansicht der für einen Eingriff 15 vorgesehenen ersten Schleifscheibe 5 und zweiten Schleifscheibe 6 an den Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 eingezeichnet. Alle weiteren Teile beziehungsweise Abmessungen wie die der Radien, der Schwenkwinkel cd , a2 und der generellen Anordnung entsprechen denen gemäß den Figuren 1, 3 und 4 dem Grunde nach. In Figur 6 ist des Weiteren angegeben, dass es auch möglich ist, auf den normalerweise auszubildenden ebenen Wirkflächen 3.1 , 3.2 davon abweichende Formen einer Balligkeit durch entsprechendes Abrichten der Schleifscheiben 5, 6 zu erzielen. Dies ist aber auch im Falle einer leicht konkaven Ausbildung der Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 möglich. Diese Balligkeit oder Konkavität ist im Mikrometer-Bereich denkbar und für bestimmte Anwendungsfälle möglich. Eine derartige Form des Schleifbelages, um an der Bremsscheibe 3 die entsprechende Balligkeit oder Konkavität zu erzeugen, lässt sich durch Abrichten beider Schleifscheiben 5, 6 erzielen.
In Figur ? ist in prinzipieller Weise dargestellt, wie sich die Umfangsgeschwindigkeiten vuder Schleifscheiben SS 5, 6 und die Umfangsgeschwindigkeit vu der Bremsscheibe 3 im Schleifprozess verhalten. Die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten führen zu unterschiedlichen Schleifbedingungen an den zu schleifenden Planseiten, das heißt den Wirkflächen 3.1 , 3.2 an der Bremsscheibe 3 bzw. dem Werkstück WS. Diese unterschiedlichen Schleifbedingungen sind nicht zu verhindern, da es sich um eine Planschleifaufgabe handelt, bei welcher die Umfangsgeschwindigkeiten bei Rotation mit dem Radius von innen nach außen zunehmen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von einem Bremsscheibenaußendurchmesser (Wirkfläche) von Dw = ca. 350 mm und Bremsscheibeninnendurchmesser (Wirkfläche) von dw = ca. 230 mm ausgegangen. In der Regel ist beim Schleifen die Drehzahl der Bremsscheibe 3 im eingespannten Zustand für das gesamte Werkstück ein konstanter Wert. Für den maximalen, das heißt den großen Radius Rw = ca. 175 mm der Bremsscheibe 3 wird ein Wert von 100% angenommen. Beim kleineren Radius rw = ca. 115 mm beträgt die Umfangsgeschwindigkeit beim Schleifen dann nur noch ca. 65% des Wertes beim großen Radius Rw beziehungswei- se beim Außendurchmesser bei konstanter Werkstückdrehzahl. Über die Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 ist das Schleifaufmaß im Wesentlichen konstant, sodass für das Zerspanvolumen pro Bremsscheibe 3, das abgeschliffen werden muss am großen Radius Rw = ca. 175 mm, ein Wert von 100% an der Stirnseite der Schleifscheibe anzunehmen ist. Beim kleineren Radius rw = ca. 115 mm liegt dieser Wert dann bei ca. 65% im Vergleich zum großen Radius mit Rw = ca. 175 mm. Das Schleifaufmaß auf den Planseiten wird beispielhaft mit ca. 0,15 mm angenommen. Je nach Beschichtungsverfahren kann das Schleifaufmaß jedoch variieren. Das Gleiche ergibt sich in Bezug auf die Schleifscheibe, welche normalerweise beziehungsweise vorzugsweise eine keramisch gebundene Diamant- oder CBN- Schleifscheibe ist, welche eine Belagbreite von beispielsweise B = 65 mm (siehe Position 5.4/ Figur 3) bei den oben genannten Durchmesserverhältnissen der Bremsscheibe 3 aufweist. Bei einem Schleifscheiben-Außenradius Rss = 250 mm ergibt sich am großen Radius Rss der Schleifscheibe eine Schnittgeschwindigkeit von 100%. Bei einem Anstellwinkel von ca. 12° beim Schleifen der Wirkflächen 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 ergibt sich ein kleiner Schleifscheibenradius von ca. rss = 237 mm. Dieser Durchmesser entspricht dann einem Durchmesserverhältnis von rss zu Rss von ca. 95%. Dieses Verhältnis lässt sich dann im gleichen Maße auf die Differenz der Schnittgeschwindigkeit übertragen. Da die Drehzahl der Schleifscheibe für die gesamte Schleifscheibe konstant ist, wird sich durch dieses Verhältnis die Schnittgeschwindigkeit am kleinen Radius der Bremsscheibe 3 mit 95% im Verhältnis zu der Schnittgeschwindigkeit am großen Radius der Bremsscheibe 3 mit 100% einstellen. Wenn die Konzentration der Schleifkörner im Schleifbelag 5.4 der Schleifscheiben 5, 6 konstant sind, werden sich somit durch die Differenzen in den Radien der Schleifscheibe unterschiedliche Anzahlen von einzelnen Schleifkörnern pro Zeiteinheit im Schleifeingriff befinden, das heißt, dass sich die Schleifbedingungen in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit verändern. Dabei ist zu beachten, dass am kleinen Radius rw der Bremsscheibe 3 dann auch nur ca. 65% Zerspanvolumen am Werkzeug entsteht, das bedeutet, dass die Differenz in diesem Fall ca. 35% ist.
Wie dargestellt, arbeitet die Schleifscheibe 5, 6 in der Regel im Schrägeinstich, sodass am großen Durchmesser Rw des Werkstückes, das heißt der Bremsscheibe 3, bezogen auf die Schleifscheibe 5% des Schleifscheibendurchmessers fehlen, sodass davon ausgegangen werden kann, dass diese 5% Schleifkörner weniger im Schleifeingriff sind bei einer in Bezug genommenen Schleifscheibenumdrehung, bei gleicher Konzentration der Schleifkörner im Schleifbelag. Aus diesem Grunde sind diese 5% von der Differenz des Zerspanvolumens an der Bremsscheibe 3 bezogen auf die unterschiedlichen Durchmesser von den ca. 35% zu subtrahieren, sodass sich genaugenommen eine Gesamtdifferenz in der Variation der Konzentration des Schleifmittels von ca. 30% ergibt. Durch die Verhältnisse der Radien der Bremsscheibe 3 Rw / rw und der Schleifscheiben 5, 6 Rss / rss ergibt sich, dass über die Breite des Schleifbelages 20 der Schleifscheibe 5, 6 am kleinen Radius der Bremsscheibe rw für den Schleifprozess mit einer angepassten Schleifscheibenspezifikation gearbeitet werden kann, da dort wesentlich weniger Material pro Zeiteinheit zerspant werden muss, als dies am großen Radius der Bremsscheibe Rw der Fall ist. Aufgrund der hier angegebenen Zahlenwerte zeigt sich, dass der Wert aus der Schrägstellung der Schleifscheiben 5, 6 um die Winkel a1 beziehungsweise a2 wesentlich weniger ins Gewicht fällt, und bei kleineren Schrägstellungen, beispielsweise bei Winkeln deutlich unter 10°, können diese Winkel sogar in der Betrachtung vernachlässigt werden. Prinzipiell ist davon auszugehen, dass die Anforderungen an einem zu schleifenden Werkstück beim Schleifen in Bezug auf die Maßtoleranzen, Formtoleranzen und Oberflächenanforderungen auf der kompletten jeweiligen Wirkfläche 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 identisch sind, weshalb es möglich ist, die Schleifscheibe 5, 6 in Bezug auf ihre Spezifikation derart anzupassen beziehungsweise derart zu optimieren, dass die Spezifikation auf den jeweiligen Radius und damit auf die jeweilige Umfangsgeschwindigkeit an der Wirkfläche 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 angepasst werden kann. Diese Abhängigkeit beziehungsweise dieser Verlauf ist in Figur 7 dargestellt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Bremsscheibe 3 linear zwischen den beiden Radien Rss und rss verläuft, das heißt von Rss zu rss abnehmend. Da die Umfangsgeschwindigkeit zu dem Zerspanvolumen pro Zeiteinheit über die Wirkseiten 3.1 , 3.2 der Bremsscheibe 3 sich proportional verhält, ist dies auch mit der Belastung der Schleifscheibe 5, 6 durch die jeweilige Zerspanung gleichzusetzen. Im Schleifprozess variiert die Belastung im jeweiligen Schleifbereich durch die vorstehend genannten Parameter relativ stark, sodass eine Optimierung der Schleifscheibe in Bezug auf ihre Spezifikation entsprechende Belastungskompensationen ermöglicht, sodass zusätzlich mit der Schleifscheibengeometrie die Schleifscheibe an den jeweiligen Schleifbereichen angepasst werden kann. Dadurch ist es möglich, auch die Herstellungskosten der Schleifscheibe an die jeweiligen Bedingungen / technischen Anforderungen hinsichtlich des jeweiligen Zerspanvolumens an dem jeweiligen Bereich der Schleifzone sowie auch an die geforderten Maß-, Form- und Oberflächenanforderungen beziehungsweise - genauigkeiten in der Schleifzone anzupassen. Dies kann durch eine gezielte Variation der Form der Schleifkörner über die Schleifzone der Schleifscheibe, durch eine gezielte Variation der Konzentration des Schleifmittels über die Schleifzone der Schleifscheibe, und zwar im Hinblick auf die vorstehend genannte Gesamtdifferenz von ca. 30%, eine gezielte Variation der eingesetzten Bindung des Schleifmittels über die Schleifzone der Schleifscheibe und über eine gezielte Einbringung von Strukturen über die Schleifzone in den Schleifbelag der Schleifscheibe realisiert werden. Diese Variationen können auf die jeweiligen Eigenschaften einzeln in der Schleifscheibe berücksichtigt werden beziehungsweise variiert werden, sie können jedoch auch in geeigneter Kombination miteinander die Schleifeigenschaften der Schleifscheibe im Hinblick auf das Zerspanvolumen beziehungsweise die variierende Umfangsgeschwindigkeit entsprechend variieren.
Durch die gezielten Variationen kann eine technologisch / preislich optimierte Schleifscheibe in Bezug auf die technisch erforderlichen Parameter hergestellt und eingesetzt werden.
Es folgen Ausführungen zu den einzelnen Variationsmöglichkeiten des Schleifmittels wie zuvor beschrieben. a) Hinsichtlich einer gezielten Variation der Form der Schleifkörner über die Schleifzone der Schleifscheibe 5, 6 ist festzustellen, dass es herstellungsbedingt möglich ist, die Form der Schleifkörner im Schleifbereich über die Schleifscheibeneingriffsbreite zu ändern. Unter Form der Schleifkörper wird dabei verstanden, welche Größe, welche Scharfkantigkeit, welche Form sie haben, beispielsweise ob die Schleifkörner länglicher oder eckiger oder runder sind. Im Hinblick auf die an die jeweiligen Umfangsgeschwindigkeiten und das jeweilige Zerspanvolumen an den Schleifeingriffsstellen angepasste Variation der Schleifkörner ist festzustellen, dass dies einen wesentlichen Einfluss auf die Standzeit der Schleifscheibe beispielsweise zwischen Abrichtintervallen oder hinsichtlich der beim Schleifen zu erreichenden Oberflächengüte hat. Können die Standzeiten der Schleifscheibe verlängert werden, so führt das im positiven Sinne zu einer Verringerung der Werkzeugkosten pro geschliffenem Werkstück. b) Auch eine gezielte Variation der Konzentration des Schleifmittels über die Schleifzone der Schleifscheibe ist in der Art und Weise möglich, dass diese an das jeweilige Zerspanvolumen pro Zeiteinheit in der jeweiligen Schleifzone angepasst sind. Das bedeutet, dass die Verteilung der Konzentration derart ausgeführt ist, dass der Bereich der Schleifscheiben 5, 6 mit dem größten Zerspanvolumen pro Zeiteinheit auch die höchste Konzentration an Schleifmittel aufweist und dass der Bereich mit dem geringsten Zerspanvolumen pro Zeiteinheit die geringste Konzentration an Schleifmittel aufweist. Das bedeutet, dass der Schleifbelag 20 über die Schleifbreite je nach Umfangsgeschwindigkeit vu und gewünschter Größe des Zerspanvolumens unterschiedlich hergestellt wird. Die Anpassung hinsichtlich der Konzentration des Schleifmittels kann dabei über die Breite des Schleifbelages 20 linear oder nahezu linear verändert werden, was vorteilhaft im Hinblick darauf ist, dass sich die Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes auch linear ändert. Diese unterschiedliche Ausbildung der Konzentration des Schleifmittels führt also zu einer jeweiligen für den Schleifprozess optimierten Schleifscheibe in Bezug auf das jeweilige Zerspanvolumen pro Zeiteinheit in jedem Schleifbereich. Dabei ist zu beachten, dass die in der Regel eingesetz- ten CBN- oder Diamantschleifscheiben relativ teuer sind, sodass mit der Maßnahme der angepassten Konzentration an Schleifmittel die Herstellungskosten der Schleifscheiben verringert und damit die Werkzeugkosten pro hergestelltem Werkstück ebenfalls reduziert werden können. Darüber hinaus ist bei einer Ausbildung der Schleifscheibe mit variierender Konzentration an Schleifmittel ein weiterer Vorteil dahingehend gegeben, dass bei einer geringeren Konzentration des Schleifmittels in der Schleifscheibe die Abrichtwerkzeuge auch nur in geringerem Maße verschleißen, sodass sich der Verschleiß der Diamant-Abrichträder bei dieser Optimierung der Schleifscheibe ebenfalls verringert, was zu einem weiteren Kostenvorteil hinsichtlich der Werkzeugkosten führt. Dies ist insbesondere für die gemäß Aufgabenstellung ausgerichtete Großserienfertigung von Bedeutung. c) Eine weitere Variation des Schleifmittels ist indirekt über die Variation der Bindung des Schleifmittels über die Schleifzone der Schleifscheibe möglich. Die Bindung im Schleifbelag soll zum einen möglichst offen sein, damit die Schleifkörner, so eingebunden werden können, dass sie im Schleifbelag 20 entsprechend festgehalten werden. Diese Anforderungen stellen die eine Ausrichtung der Variation der Bindung des Schleifmittels dar. Es können aber auch Anpassungen hinsichtlich der Art der Bindung vorgenommen werden. Das heißt, diese Anpassung bezieht sich auf die optimale Auslegung des Schleifprozesses und auf das Zerspanvolumen pro Zeiteinheit, und die Bindung beziehungsweise das Bindungsmaterial wird darauf entsprechend angepasst. Bezüglich der Offenheit der Bindung ist festzustellen, dass diese durch entsprechende Pressung des Schleifscheibenbelages bei dessen Herstellung beeinflussbar ist. Je höher der Pressdruck ist, umso enger werden die Poren, was zu einer geringeren Offenporigkeit führt. d) Neben der Konzentration von Schleifmittel und Bindung im Sinne einer Variation des Schleifmittels bezogen auf die Umfangsgeschwindigkeit und damit auf das Zerspanvolumen ist es jedoch auch möglich, diese Variation indirekt zu erreichen, indem in den Schleifbelag offene oder geschlossene Strukturen über die Schleifzone in die Schleifscheibe eingebracht werden. Das bedeutet, dass die Strukturen Formausnehmungen im Schleifbelag betreffen, sodass in Schleifrichtung, bezogen auf den Umfang, weniger Schleifmittel in Eingriff gebracht wird. Dies ist aber auch mit schleifmittelfreien Auffüllungen der Formausnehmungen zu erreichen, indem diese Ausnehmungen mit beispielsweise Bindung aufgefüllt werden, sodass die Schleifscheibe nach wie vor eine geschlossene Ausbildung des Schleifbelags hat, aber an Stellen, an denen aufgefüllte Formausnehmungen sind, eine Schleifwirkung nicht auftritt. In Schleifrichtung längs des Umfanges der Schleifscheiben wird damit je nach Größe der Formausnehmungen, gleich ob offen oder geschlossen, eine unterschiedliche durchschnittliche Schleifmittelkonzentration erzielt. Ein derartiges Beispiel der Formausnehmungen 21 ist in den Figuren 8A und 8B dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird über die Breite Bss des Schleifbelages 20 dessen in Schleifrichtung, das heißt in Umfangsrichtung, ausgebildete durchschnittliche Konzentration von Schleifmittel dafür gesorgt, dass Formausnehmungen 21 die Kontinuität von Schleifmittel im Schleifbelag 20 unterbrochen wird. Diese Formausnehmungen 21 sind in ihrer Form frei wählbar, das heißt sie können in Abweichung zu den in Figur 8A dargestellten Formen rund, oval, trapezförmig oder andere Formen aufweisen. In Figur 8A sind die Formausnehmungen 21 oder Aussparungen in Rechteckform eingezeichnet und variieren in ihrer Größe dahingehend, dass sie in der Zeichnung von rechts nach links in ihrer Größe zunehmen, sodass über die Breite Bss des Schleifbelages 20 der Schleifscheibe 5, 6 die durchschnittliche Konzentration an Schleifmittel von rechts nach links abnimmt. Diese Formausnehmungen 21 können offen sein, wie es in der Schnittdarstellung A-A in Figur 8B gezeigt ist, sie können aber auch durch Auffüllungen mit einem entsprechenden schleifmittelfreien Material, was auch nur Bindungsmaterial ohne Schleifmittel sein kann, ausgebildet sein.
Gemäß Figur 8B ist ersichtlich, dass die Formausnehmungen 21 in einem speziellen Ausführungsbeispiel auch über die volle Dicke Hss des Schleifbelages 20 ausgebildet sein können, das heißt bis zum Grundkörper der Schleifscheibe 5, 6 reichen. Weitere Vorteile dieser Formausnehmungen 21 bestehen darin, dass beim Schleifen die Schleifdrücke nahezu konstant gehalten werden und dass Kühlschmierstoff in den auch taschenbildenden Formausnehmungen 21 mitgeführt und gleichmäßig an die jeweiligen Schleifstellen geführt werden kann.
In den Figuren 9A und 9B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die gängige benutzte Schleifmittelversion in Form von CBN- und Diamant-Schleifmittel genutzt wird. Dabei ist der Schleifbelag 20 aus einzelnen Segmenten 30 ausgebildet, zwischen denen, wenn sie auf der Umfangsseite der Schleifscheibe 5, 6 aufgeklebt sind, Formausnehmungen 31 ausgebildet sind, welche in veränderlicher Breite im Wesentlichen über die Breite des Schleifbelages Bss und damit der Schleifscheibe 5, 6 reichen. Aufgrund der in Figur 9A gezeigten Ausbildung, welche im Schnitt B-B in Figur 9B verdeutlich ist, ist zu erkennen, dass die Form der Formausnehmungen 31 frei wählbar ist und sowohl über die Breite Bss der Schleifscheibe 5, 6 reichen und sich verändern kann wie auch über die Dicke Hss des Schleifbelages reichen kann. Aufgrund der beschriebenen Variation kann über die Schleifscheibenbreite und damit über die Umfangsgeschwindigkeit das jeweilige Zerspanvolumen an die jeweiligen Schleifbedingungen angepasst werden. Es ist prinzipiell auch möglich, dass hinsichtlich der Form der Formausnehmungen 31 , anders als in der Figur 9A dargestellt, die Begrenzungsflächen der Formausnehmungen 31 nicht geradlinig sondern gebogen verlaufend sind.
Wie auch bereits in Verbindung mit den Figuren 8A und 8B erläutert, können die Formausnehmungen 31 entweder mit schleifmittelfreien Füllmaterial gefüllt sein oder aber im Sinne von Taschen offen gestaltet sein, sodass bei der Zufuhr beispielsweise von Kühlschmierstoff in diesen Taschen Kühlschmierstoff vorrätig ist und beim Schleifen an die restlichen Bereiche, an denen unmittelbar der Schleifvorgang durchgeführt wird, hingeführt werden kann.
Insgesamt ist festzustellen, dass die einzelnen Optimierungsmaßnahmen bezüglich der Variation des Schleifmittels innerhalb des Schleifbelages 20 in Umfangsrichtung der Schleifscheibe und/oder in Querrichtung dazu nicht nur einzeln, sondern auch in jeweiligen Kombinationen untereinander zur Realisierung der Variation des Schleifmittels an den jeweiligen Schleifbereichen der Schleifscheiben beziehungsweise des zu schleifenden Werkstückes angepasst sein.
In Figur 10 ist eine weitere Ausgestaltung der Schleifscheibe dargestellt, bei ansonsten grundsätzlich gleichem Aufbau wie beispielsweise gemäß Figur 1. Der Unterschied besteht nur darin, dass der Schleifbelag 20 an den Schleifscheiben 5, 6 so profiliert ist, dass während des Schleifens der Planseiten der Bremsscheibe 3, das heißt der Wirkflächen 3.1 , 3.2, auch die am Außenumfang der Bremsscheibe 3 vorhandenen Fasen mitgeschliffen werden, sodass das Schleifen der Planseiten 3.1 , 3.2 und der Fasen sozusagen in der Art eines Einstechschleifens bei einem Schleifvorgang mitgeschliffen werden.
In Figur 11 ist dargestellt, dass das als Bremsscheibe 3 ausgebildete Werkstück, wie beispielsweise in den Figuren 1 und 4 abgebildet, mit der X-Achse in Form einer CNC- Antriebsachse eine Pendelbewegung in Richtung der X-Achse ausführt, sodass die Riefenrichtung als Oberflächenstruktur beim Schleifen am fertiggeschliffenen Werkstück gezielt beeinflusst / nahezu beliebig erfolgen und über das Schleifprogramm angepasst werden kann. Ein entsprechendes Riefenbild, das ohne weiteres mit einer derartigen Anordnung erzeugt werden kann, ist beispielhaft in Figur 11 gezeigt.
Und schließlich ist in Figur 12 der Einfachheit halber das Schleifen eines konischen Abschnittes eines rotationssymmetrischen Werkstückes 32 mit dessen Länge L gezeigt, welches mit einer keglig ausgebildeten Schleifscheibe 5, 6 geschliffen werden kann, wobei die Schleifschiebe 5, 6 über CNC-Achsen X und Z bewegbar ist. Bei derartigen konisch zu schleifenden Abschnitten ist analog zum Schleifen der Planseiten 3.1 , 3.2 von Bremsschei- ben 3 die Schleifsituation für die einzelnen Schleifbereiche je nach jeweils anderer Umfangsgeschwindigkeit vu unterschiedlich, sodass die erfindungsgemäße Schleifscheibe 5, 6 mit dem Schleifbelag 20 in Analogie zu den Anpassungen des Schleifmittels beziehungsweise der Schleifspezifikationen des Schleifbelages an das gewünschte Zerspanvolumen hier ebenfalls angewendet werden kann. Das Werkstück weist einen Abschnitt mit geringerem Durchmesser D1 und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser D2 auf. Es trägt die Bezugsziffer 32, alle weiteren Bezugsziffern sind in den vorherigen Figuren und der dazugehörigen Beschreibung bereits erwähnt, sodass eine weitergehende Ausführung diesbezüglich hier weggelassen ist.
Bezuqszeichenliste
1 Werkstückspindel Hss Dicke Schleifbelag
2 Drehantrieb Werkstück Bss Breite Schleifbelag
3 Bremsscheibe / Werkstück vu Umfangsgeschwindigkeit
3.1 erste Wirkfläche Rw großer Radius Werkstück
3.2 zweite Wirkfläche rw kleiner Radius Werkstück
3.3 Bohrung Rss großer Radius Schleifscheibe
3.4 Zentralbohrung Tss kleiner Radius Schleifscheibe
3.5 Plananlagefläche A, B Bezüge
3.6 Beschichtung erste Wirkfläche Z1 , Z2, X CNC-Achsen
3.7 Beschichtung zweite Wirkfläche a1 Schwenkwinkel erste Schleif¬
3.8 Planlauf Wirkfläche spindel
3.9 Parallelität Wirkfläche a2 Schwenkwinkel zweite
4 Spannvorrichtung Schleifspindel
5 erste Schleifscheibe SS Schleifscheibe
5.1 Zentralbohrung Schleifscheibe WS Werkstück
5.2 Planseiten Schleifscheibe D1 kleiner Durchmesser
5.3 Schleifscheibengrundkörper Werkstück
5.4 Schleifbelag D2 großer Durchmesser
6 zweite Schleifscheibe Werkstück
7 erste Schleifspindel L Länge Konusstück
8 zweite Schleifspindel
9 erster Drehantrieb Schleifspindel
10 zweiter Drehantrieb Schleifspindel
11 Mittelachse
15 Schleifeingriff
20 Schleifbelag
21 Formausnehmung lokal
30 Segmente Schleifbelag
31 Formausnehmung gesamte Breite
32 Werkstück

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Schleifscheibe (5, 6) zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke (2, 32) in Großserienfertigung mit einem Schleifbelag (20) an ihrem Außenumfang, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (20) in Breitenrichtung und/oder radialer Richtung eine an die Änderung der beim Schleifen vorhandenen jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes (2, 32) entsprechend angepasste Änderung der Spezifikation aufweist.
2. Schleifscheibe (5, 6) zum planseitigen oder kegelförmigen Schleifen rotationssymmetrischer Werkstücke (2, 32) in Großserienfertigung mit einem Schleifbelag (20) an ihrem Außenumfang, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (20) zumindest in Breitenrichtung sich ändernde Formausnehmungen (21 , 31) aufweist, welche in Umfangsrichtung des Schleifbelages (20) dessen Eingriffslänge beim Schleifen entsprechend der Schleifbelagbreite derart zur Verringerung des Zerspanvolumens verringern, dass deren bzgl. Schleifbelag (20) und Formausnehmungen (21 , 31) durchschnittliche Spezifikation sich mit der jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes (2, 32) ändert.
3. Schleifscheibe (5, 6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezifikation des Schleifbelages (20) hinsichtlich Schleifkornhärte und/oder Schleifkorngröße und/oder Schleifkornform und/oder Schleifmittelkonzentration und/oder Schleifmittelbindung an die über die Breite des Schleifbelages (20) sich ändernde Umfangsgeschwindigkeit zumindest des Werkstückes (2, 32) angepasst ist.
4. Schleifscheibe (5, 6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formausnehmungen (21 , 31) hinsichtlich ihrer Querschnittsgrößen in Breitenrichtung des Schleifbelages (20) bei geringeren Umfangsgeschwindigkeiten zumindest des Werkstückes (2, 32) zunehmen.
5. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezifikation und/oder Formausnehmungen (21 , 31) des Schleifbelages (20) der jeweiligen Umfanggeschwindigkeiten an ein jeweiliges diesen Umfangsgeschwindigkeiten entsprechendes, über die Breite des Schleifbelages (20) sich änderndes Zerspanvolumen angepasst ist.
6. Schleifscheibe (5, 6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung ihrer Spezifikation und/oder ihrer Formausnehmungen (21, 31) über die Breite des Schleifbelages (20) an eine lineare Änderung des Zerspanvolumens am Werkstück (2, 32) angepasst ist.
7. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formausnehmungen (21, 31) innerhalb des Schleifbelages (20) rechteckig, trapezförmig, dreieckig, vieleckig, rund oder oval mit glatten oder gebogenen Seitenwänden ausgebildet sind.
8. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formausnehmungen (21, 31) mit einem Füllstoff oder mit Bindungsmaterial gefüllt und schleifkornfrei sind.
9. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (20) aus Segmenten (30) besteht, welche auf einem Schleifscheibengrundkörper (5.3) aufgeklebt sind.
10. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezifikation und/oder die Formausnehmungen (21, 31) an eine Wirkfläche (3.1, 3.2) des Werkstückes (2, 32), insbesondere einer Bremsscheibe (3), angepasst sind.
11. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (20) ballig oder konkav im Mikrometerbereich gegenüber der rotationssymmetrischen Form ausgebildet ist.
12. Schleifscheibe (5, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (20) als Schleifmittel CBN oder Diamanten aufweist.
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