WO1999039873A1 - Schleifspindel - Google Patents

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WO1999039873A1
WO1999039873A1 PCT/DE1998/000592 DE9800592W WO9939873A1 WO 1999039873 A1 WO1999039873 A1 WO 1999039873A1 DE 9800592 W DE9800592 W DE 9800592W WO 9939873 A1 WO9939873 A1 WO 9939873A1
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WO
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grinding
main shaft
shaft
spindle according
spindle
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Application number
PCT/DE1998/000592
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronny Könnemann
Original Assignee
Koennemann Ronny
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
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Application filed by Koennemann Ronny filed Critical Koennemann Ronny
Priority to US09/601,580 priority Critical patent/US6336849B1/en
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Classifications

    • 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
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto

Definitions

  • the invention relates to a grinding spindle with a spindle housing and two coaxial shafts driven by a drive motor, to each of which one of two concentric grinding wheels is fastened and which can be displaced in the axial direction relative to one another by a lifting or lowering movement. so that either one or the other grinding wheel can be brought into engagement.
  • the technique of grinding in particular surface grinding, can be used advantageously for the surface processing of flat workpieces, which can consist, for example, of wood, metal, stone, ceramic or also semiconductor material and for which high demands are placed on the surface quality.
  • a rotating, multi-bladed cutting tool is used, for example a grinding wheel mounted on a rotating grinding spindle, to which an abrasive coating made of bonded grain is applied, for example a cup grinding wheel with an annular grinding surface.
  • An axial feed of the rotating grinding tool generally the entire grinding spindle, brings the grains of the grinding pad into engagement with the workpiece surface, which leads to material removal. It is also possible to use a fully sintered grinding wheel.
  • Workpiece ensures the uniform processing of the entire workpiece surface.
  • a multi-stage, often two-stage machining process is generally appropriate, in which a coarse-grained grinding wheel with high cutting performance (coarse or rough grinding wheel) carries out most of the material removal and the relatively coarse material thus obtained Surface is then reworked in a subsequent further work step with a fine-grained grinding wheel (fine or finishing grinding wheel) which, although it does only remove a small amount of material, produces a good surface. If both operations are to be carried out with the same grinding spindle, it makes sense to use a grinding spindle that is equipped with two grinding wheels of different grain sizes, which can be brought into engagement with the workpiece surface.
  • a generic grinding spindle is known from the prior art (DE-PS 846 663), in which two concentric cup grinding wheels are mounted on two shafts arranged coaxially in a single spindle, the outer shaft of - 3 -
  • the inner cup grinding wheel is axially displaceable in the grinding spindle, so that either the inner or the outer cup grinding wheel can be brought into engagement without additional effort being necessary for retooling or profiling.
  • another grinding spindle according to the type mentioned at the beginning (DE-PS 42 08 615), two cup grinding wheels are used, their
  • Grinding pads consist of interrupted circular ring segments of the same diameter, which engage in one another in such a way that they essentially complement each other to form a circular ring and can optionally be brought into engagement with the workpiece surface.
  • both grinding wheels work on an identical effective radius, which is particularly advantageous in the case of rotary grinding technology, in which the feed movement of the workpiece consists of a rotation about an axis which is essentially parallel to the grinding spindle and runs through the grinding wheel lining.
  • Different operating radii of the two grinding wheels therefore have the disadvantageous consequence that repositioning the workpiece between the two work steps would be necessary for rough and fine machining of identical parts of the workpiece surface.
  • Breaking strength is determined by its surface quality, sufficient rigidity of the spindle used in the radial direction is - 4 -
  • the diameter of the spindle is increased in the prior art, but this is only possible to a limited extent.
  • the diameter of the inner and outer shaft is limited by the space available inside the electric motor.
  • the radial rigidity required for precision work cannot be achieved.
  • the present invention has set itself the task of creating a grinding spindle that can selectively engage two different grinding wheels with the workpiece and that has a sufficient radial rigidity, even with a compact structure, for all precision work such as grinding of silicon wafers to meet existing requirements.
  • a socket is saddled coaxially on the spindle housing, the outer shaft is rotatably mounted on the socket by means of a rotary bearing, the socket is provided with an actuator which carries out the lifting or lowering movement.
  • the present invention is based on the idea of connecting the inner shaft as the main shaft to the drive motor and the outer shaft, which is coupled to the main shaft by a suitable driving device, for example a driving pin, so that it rotates with the main shaft on the outside to fix the spindle housing.
  • a suitable driving device for example a driving pin
  • a bush is coaxially saddled onto the spindle housing, on which the outer shaft is attached by means of a
  • Pivot bearing is rotatably attached.
  • the bushing is provided with an actuator which carries out the required axial lifting or lowering movement.
  • the grinding wheel of the outer shaft can be brought below the level of the grinding wheel of the inner main shaft and thus into engagement with the workpiece surface by means of a lowering movement, while the stroke movement of the outer shaft running in the opposite direction allows the grinding wheel of the main shaft to emerge again under its counterpart. so that it can be brought into engagement with the workpiece surface.
  • the advantage of this construction of a grinding spindle lies in particular in the large increase in the diameter of the outer shaft and the resultant substantially higher radial rigidity. Simultaneously - 6 -
  • the grinding spindle according to the invention can be driven, for example, via a pulley which is fastened coaxially to the main shaft and which the drive motor drives via a suitable belt.
  • an electric motor integrated into the spindle housing is used to drive the grinding spindle, which engages through the main shaft.
  • the rotating rotor of the electric motor can be attached to the outside of the inner shaft and the fixed stator can be installed in the spindle housing. In this way you get a very compact grinding spindle, which does not need external drive parts for its rotary drive. Hydraulic or compressed air motors can also be used to drive the grinding spindle. - 7 -
  • a pneumatically operated cylinder in conjunction with a return spring is preferably used as the actuator for the axial lifting and lowering movement of the outer shaft.
  • hydrostatic, electromagnetic, electromotive or mechanical actuators can also be used, for example.
  • the grinding spindle To machine a workpiece, the grinding spindle must be lowered or the workpiece raised until the grinding wheel is in contact with the workpiece surface. The problem arises that in many cases the distance between the grinding wheel and the workpiece surface is not known with sufficient accuracy.
  • the grinding wheel is equipped with a sensor which registers the contact of the grinding wheel with the workpiece, for example via vibrations or displacements of the shaft, and emits a signal which stops the movement of the grinding spindle and starts the predetermined grinding cycle.
  • the grinding spindle to be able to make do with time-consuming and costly tool changes, it is proposed to equip the grinding spindle with a further inner shaft arranged coaxially within the main shaft, which can be equipped with a further grinding wheel or a polishing cloth as a tool and also to engage with can bring the workpiece surface. Due to its comparatively small diameter, this inner shaft has a lower radial stiffness and is therefore particularly suitable for polishing processes in which no high stiffness is required.
  • This particular embodiment of the grinding spindle according to the invention can thus advantageously be used to first pre-grind a workpiece surface in a single machine, then finish grinding and finally polishing.
  • Grinding spindle of course, also several sockets are coaxially saddled onto the spindle housing, on each of which a shaft provided with a grinding wheel, coaxial to the main shaft, is rotatably mounted and is rotatably connected to the main shaft via a driving device, the additional grinding wheels also being arranged on the sockets Actuators for lifting and lowering movements can be brought individually into engagement with the workpiece surface.
  • the two or more used are
  • the grinding surface of the inner grinding wheel can also be formed in the form of a circular disc which, depending on the embodiment of the grinding spindle, is surrounded by the other grinding surface as a concentric circular ring or the other grinding surfaces as concentric circular rings with possibly different effective radii. If the effective radii are not the same, different groove ring diameters and groove depths can be ground.
  • the grinding spindle according to the invention is to be used for the technique of rotary grinding, identical effective radii of the grinding wheels used are of great advantage.
  • the invention recommends that the grinding wheels used be designed as cup grinding wheels with an identical effective radius, the grinding surfaces of which have the shape of interrupted circular rings, the segments of which are in engagement with one another and complement one another to form a circular ring.
  • the grinding spindle according to the invention can also be used advantageously for rotary grinding.
  • any combination of grinding wheels with the same and different effective radii is also conceivable. 10 -
  • the invention recommends providing the outer shaft or the additional inner shaft of the grinding spindle with a continuous axial bore through which a suitable coolant can be supplied to the machining process.
  • the invention recommends equipping a grinding system with at least two grinding spindles according to the invention. This means that even such multi-stage machining processes can be carried out advantageously without the disadvantages associated with a tool change, such as a high set-up time and the need to re-profile the grinding wheel, whereby the high radial rigidity of the grinding spindles used enables high-precision workpiece surfaces to be achieved.
  • the main shaft (1) of the grinding spindle according to the invention is rotatably mounted in the spindle housing (3) by means of two pairs of deep groove ball bearings (2).
  • Other types of roller bearings or hydrodynamic and hydrostatic bearings, air bearings or magnetic bearings can also be used here.
  • the rotary drive of the grinding spindle according to the invention takes place via a pulley (not shown here) which is fastened coaxially to the main shaft and is driven by the drive motor via a corresponding belt.
  • a bushing (4) is coaxially saddled onto the spindle housing (3), the upper part (5) of which is firmly attached to the spindle housing, while the associated lower part (6) is axially movable to a limited extent.
  • the relative movement of the lower part (6) and spindle housing (3) is carried out via the slide bearing bush (7), whereby this guidance can of course also be realized in other ways, for example via a ball bushing.
  • the outer shaft (8) of the grinding spindle according to the invention is rotatably supported in a rotary bearing (9) formed from two ball bearings in the lower part (6) of the bushing (4) and via a driving device (10) with the main shaft
  • a grinding wheel (11, 12) is flanged with several screws, the grinding surface of the inner grinding wheel (11) having the shape of a circular area, which the
  • the spindle housing (3) is connected to a slide construction, not shown here, which allows the entire construction shown in the illustration to be moved axially within wide limits. This movement is also used for the actual feed of the grinding process.
  • An axial through hole (15) running through the main shaft (1) enables the workpiece surface and the grinding wheel
  • the result is a grinding spindle with two grinding wheels that can be engaged, which has a high degree of radial rigidity and is therefore also well suited for precision work.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schleifspindel mit einem Spindelgehäuse und zwei koaxialen, von einem Antriebsmotor angetriebenen Wellen, an denen jeweils eine von zwei konzentrischen Schleifscheiben befestigt ist, und die durch eine Hub- bzw. Senkbewegung relativ zueinander in axialer Richtung verschiebbar sind, so daß wahlweise die eine oder die andere Schleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann, wobei die innere Welle als Hauptwelle (1) mit dem Antriebsmotor verbunden ist, die Außenwelle (8) durch eine Mitnahmevorrichtung (10) an die Hauptwelle (1) gekoppelt ist, eine Buchse (4) koaxial auf das Spindelgehäuse (3) aufgesattelt ist, die Außenwelle (8) an der Buchse (4) mittels eines Drehlagers (9) drehbar gelagert ist, die Buchse (4) mit einem Stellglied (13) versehen ist, das die Hub- bzw. Senkbewegung ausführt.

Description

Schleifspindel
Die Erfindung betrifft eine Schleifspindel mit ei- nem Spindelgehäuse und zwei koaxialen, von einem Antriebsmotor angetriebenen Wellen, an denen jeweils eine von zwei konzentrischen Schleifscheiben befestigt ist, und die durch eine Hub- bzw. Senkbewegung relativ zueinander in axialer Richtung ver- schiebbar sind, so daß wahlweise die eine oder die andere Schleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann.
Bei der Oberflächenbearbeitung ebener Werkstücke, die beispielsweise aus Holz, Metall, Stein, Keramik oder auch Halbleitermaterial bestehen können und bei denen hohe Anforderungen an die Oberflächenqua- lität gestellt werden, kann die Technik des Schlei- fens, insbesondere des Flachschleifens, vorteilhaft eingesetzt werden. Dazu wird ein rotierendes, vielschneidiges Schneidwerkzeug, zum Beispiel eine auf einer rotierenden Schleifspindel montierte Schleifscheibe, auf die ein Schleifbelag aus gebundenem Korn aufgebracht ist, beispielsweise eine Topf- Schleifscheibe mit ringförmiger Schleiffläche verwendet. Ein axialer Vorschub des rotierenden Schleifwerkzeuges, i.a. der gesamten Schleifspindel, bringt die Körner des Schleifbelages in Eingriff mit der Werkstücksoberfläche, wodurch es zu einem Materialabtrag kommt. Auch der Einsatz einer vollgesinterten Schleifscheibe ist möglich. Ein zusätzlicher linearer oder kreisförmiger Vorschub des - 2
Werkstückes stellt dabei die gleichmäßige Bearbeitung der gesamten Werkstücksoberfläche sicher.
Zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität des Werkstückes ist im allgemeinen Fall ein mehrstufiger, oftmals zweistufiger Bearbeitungsprozeß angebracht, bei dem zunächst eine grobkörnige Schleifscheibe mit hoher Zerspanungsleistung (Grob- bzw. Schruppschleifscheibe) den größten Teil des Materi- alabtrages ausführt und die so gewonnene noch relativ grobe Oberfläche in einem anschließenden weiteren Arbeitsgang mit einer feinkörnigen Schleifscheibe (Fein- bzw. Schlichtschleifscheibe) nachbearbeitet wird, die zwar nur einen geringen Materi- alabtrag bewerkstelligt, aber dafür eine gute Oberfläche erzeugt. Sollen beide Arbeitsgänge mit der selben Schleifspindel durchgeführt werden, so ist es sinnvoll eine Schleifspindel zu verwenden, die mit zwei Schleifscheiben unterschiedlicher Körnung ausgestattet ist, die wahlweise zum Eingriff mit der Werkstücksoberfläche gebracht werden können. Auf diese Weise lassen sich die sonst mit einem Wechseln des Schleifwerkzeuges einhergehenden Nachteile, wie der erforderliche Umrüstzeitaufwand und die aufgrund von nicht auszuschließenden Montageun- genauigkeiten notwendige neue Profilierung der Schleifscheibe, die Zeit kostet und zu einem hohen Verbrauch an Schleifmaterial führt, vermeiden. Vom Stand der Technik her ist beispielsweise eine gat- tungsgemäße Schleifspindel bekannt (DE-PS 846 663) , bei der zwei konzentrische Topfschleifscheiben auf zwei koaxial in einer einzigen Spindel angeordneten Wellen gelagert sind, wobei die äußere Welle von - 3 -
einem Motor gedreht, die innere Welle über eine Mitnahmevorrichtung mitbewegt wird. Dabei ist die innere Topfschleifscheibe in der Schleifspindel axial verschiebbar angeordnet, so daß wahlweise die innere oder aber die äußere TopfSchleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann, ohne daß zusätzlicher Aufwand zum Umrüsten oder Profilieren notwendig wird. Bei einer weiteren Schleifspindel gemäß der Eingangs erwähnten Gattung (DE-PS 42 08 615) werden zwei TopfschleifScheiben verwendet, deren
Schleifbeläge aus unterbrochenen Kreisringsegmenten gleichen Durchmessers bestehen, die so ineinander eingreifen, daß sie sich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzen und wahlweise zum Eingriff mit der Werkstückoberfläche gebracht werden können. Bei dieser Anordnung arbeiten beide Schleifscheiben auf identischem Wirkradius, was insbesondere bei der Technik des Rotationsschleifens von Vorteil ist, bei der die Vorschubbewegung des Werkstückes aus einer Rotation um eine zur Schleifspindel im wesentlichen parallele und durch den Schleifscheiben- belag verlaufende Achse besteht. Daher haben unterschiedliche Wirkradien beider Schleifscheiben die nachteilige Folge, daß für eine Grob- und Feinbear- beitung identischer Teile der Werkstückoberfläche eine Neupositionierung des Werkstückes zwischen den beiden Arbeitsgängen notwendig wäre.
Bei Präzisionsarbeiten, wie beispielsweise dem Schleifen und Polieren von Siliziumwafern, deren
Bruchfestigkeit durch ihre Oberflächenqualität bestimmt wird, ist eine hinreichende Steifigkeit der verwendeten Spindel in radialer Richtung von ent- - 4 -
scheidender Bedeutung, da bei mangelnder Steifig- keit axiale Belastungen der Spindel radiale Schwingungen auslösen, die die resultierende Oberflächen- qualität des Wafers beeinträchtigen und womöglich Rillen bilden, die als Sollbruchstelle für den Einkristall wirken können. Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit wird beim Stand der Technik der Durchmesser der Spindel vergrößert, was aber nur in begrenztem Umfang möglich ist. Insbesondere bei Spin- dein mit integrierten Elektromotoren, bei denen der Stator im Spindelgehäuse montiert und der mitbewegte Rotor außenseitig auf die Außenwelle aufgebracht ist, wird der Durchmesser von Innen- und Außenwelle durch den im Inneren des Elektromotors zur Verfügung stehenden Raum limitiert. Gerade bei kleinen Schleifspindeln läßt sich daher die für Präzisionsarbeiten erforderliche radiale Steifigkeit nicht erreichen.
Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Schleifspindel zu schaffen, die zwei unterschiedliche Schleifscheiben wahlweise mit dem Werkstück in Eingriff bringen kann und die auch bei kompaktem Aufbau eine ausreichende radiale Steifigkeit besitzt, um alle bei Präzisionsarbeiten, wie beispielsweise dem Schleifen von Siliziumwafern bestehenden Anforderungen zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die innere Welle als Hauptwelle mit dem Antriebsmotor verbunden ist, die Außenwelle durch eine Mitnahmevorrichtung an die Hauptwelle gekop- - 5 -
pelt ist, eine Buchse koaxial auf das Spindelgehäuse aufgesattelt ist, die Außenwelle an der Buchse mittels eines Drehlagers drehbar gelagert ist, die Buchse mit einem Stellglied versehen ist, das die Hub- bzw. Senkbewegung ausführt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die innere Welle als Hauptwelle mit dem Antriebsmotor zu verbinden und die Außenwelle, die durch eine geeignete Mitnahmevorrichtung, beispielsweise einen Mitnahmestift, an die Hauptwelle gekoppelt ist, so daß sie sich mit der Hauptwelle mitdreht, an der Außenseite des Spindelgehäuses zu befestigen. Dazu wird eine Buchse koaxial auf das Spindelgehäuse aufgesattelt, an der die Außenwelle mittels eines
Drehlagers drehbar befestigt wird. Für den wahlweisen Eingriff der an Innen- und Außenwelle montierten Schleifscheiben mit dem Werkstück wird die Buchse mit einem Stellglied versehen, das die er- forderliche axiale Hub- bzw. Senkbewegung ausführt. Dabei läßt sich die Schleifscheibe der Außenwelle vermittels einer Senkbewegung unter das Niveau der Schleifscheibe der innen gelegenen Hauptwelle und damit in Eingriff mit der Werkstückoberfläche brin- gen, während die in entgegengesetzter Richtung verlaufende Hubbewegung der Außenwelle die Schleifscheibe der Hauptwelle wieder unter ihrem Gegenstück hervortreten läßt, so daß sie in Eingriff mit der Werkstückoberfläche gebracht werden kann. Der Vorzug dieses Aufbaus einer Schleifspindel liegt insbesondere in der starken Vergrößerung des Durchmessers der Außenwelle und der dadurch bedingten wesentlich höheren radialen Steifigkeit. Gleichzei- - 6 -
tig wird im Inneren der Schleifspindel Platz für eine Durchmesservergrößerung der inneren Welle gewonnen, wodurch diese ebenfalls an radialer Steifigkeit gewinnt. Insgesamt ergibt sich also eine Schleifspindel, die die sukzessive Bearbeitung der Werkstückoberfläche mit zwei verschiedenen Schleifscheiben, beispielsweise eine Grob- und einer Feinschleifscheibe, ermöglicht und die gleichzeitig auch bei kompaktem Aufbau aufgrund der großen Durchmesser der die Schleifscheiben tragenden Wellen gegen radiale Schwingungen stabil ist und sich somit insbesondere für Präzisionsarbeiten vorteilhaft einsetzen läßt.
Der Antrieb der erfindungsgemäßen Schleifspindel kann beispielsweise über eine koaxial an der Hauptwelle befestigte Riemenscheibe erfolgen, die der Antriebsmotor über einen geeigneten Riemen antreibt.
In bevorzugter Ausbildung der Erfindung wird zum Antrieb der Schleifspindel aber ein in das Spindelgehäuse integrierter Elektromotor verwendet, der die Hauptwelle durchgreift. Dabei kann beispiels- weise der sich drehende Rotor des Elektromotors auf die Innenwelle außenseitig aufgebracht und der feststehende Stator in das Spindelgehäuse eingebaut werden. Auf diese Weise erhält man eine sehr kompakte Schleifspindel, die für ihren Drehantrieb ohne äußere Antriebsteile auskommt. Auch hydraulisch oder mit Druckluft betriebene Motoren kommen für den Antrieb der Schleifspindel in Frage. - 7 -
Als Stellglied für die axiale Hub- und Senkbewegung der Außenwelle wird vorzugsweise ein pneumatisch betriebener Zylinder in Verbindung mit einer Rückstellfeder eingesetzt. Es kommen aber beispiels- weise auch hydrostatische, elektromagnetische, elektromotorische oder mechanische Stellglieder in Frage.
Zur Bearbeitung eines Werkstückes muß die Schleif- spindel so weit abgesenkt oder das Werkstück angehoben werden, bis die Schleifscheibe mit der Werkstückoberfläche in Eingriff steht. Dabei tritt das Problem auf, daß der Abstand zwischen Schleifscheibe und Werkstückoberfläche in vielen Fällen nicht mit hinreichender Genauigkeit bekannt ist.
Daher wird die Schleifscheibe in einer Fortbildung der Erfindung mit einem Sensor ausgestattet, der die Berührung der Schleifscheibe mit dem Werkstück beispielsweise über dabei entstehende Vibrationen oder Verschiebungen der Welle registriert und ein Signal abgibt, das die Bewegung der Schleifspindel stoppt und den vorgegebenen Schleifzyklus startet.
Bestehen besonders hohe Anforderungen an die Ober- flächenqualität des Werkstückes, wie dies beispielsweise bei Siliziumwafern für den Einsatz in Chipkarten der Fall sein kann, so ist eine zweistufige Oberflächenbearbeitung mit einer gröberen und einer feineren Schleifscheibe oftmals unzureichend, so daß zumindest noch ein weiterer Bearbeitungsschritt mit einer extrafeinen Schleifscheibe oder einem Poliertuch erforderlich ist. Um auch in einem solchen Fall mit einer einzigen Schleifspindel ohne - 8 -
zeitraubenden und kostspieligen Werkzeugwechsel auskommen zu können, wird in einer Fortbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Schleifspindel mit einer weiteren koaxial innerhalb der Hauptwelle ange- ordneten Innenwelle auszustatten, die mit einer weiteren Schleifscheibe oder einem Poliertuch als Werkzeug ausgestattet werden kann und sich ebenfalls zum Eingriff mit der Werkstückoberfläche bringen läßt. Diese Innenwelle weist aufgrund ihres vergleichsweise niedrigen Durchmessers eine geringere radiale Steifigkeit auf und eignet sich somit besonders für Poliervorgänge, bei denen keine hohe Steifigkeit erforderlich ist. Diese besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifspindel läßt sich somit vorteilhaft dazu einsetzen, eine Werkstückoberfläche in einer einzelnen Maschine zunächst vorzuschleifen, dann fertig zu schleifen und schließlich noch zu polieren.
Bei Bedarf können bei der erfindungsgemäßen
Schleifspindel natürlich auch mehrere Buchsen koaxial auf das Spindelgehäuse aufgsattelt werden, an denen jeweils eine mit einer Schleifscheibe versehene, zur Hauptwelle koaxiale Welle drehbar gela- gert und mit der Hauptwelle über eine Mitnahmevorrichtung drehfest verbunden ist, wobei auch die zusätzlichen Schleifscheiben mittels an den Buchsen angeordneter Stellglieder für Hub- und Senkbewegungen wahlweise einzeln in Eingriff mit der Werk- stückoberfläche gebracht werden können. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der mit der erfindungsgemäßen Schleifspindel ausführbaren mechanischen - 9 -
Bearbeitungs- und Abtragsvorgänge nahezu beliebig erhöhen und variieren.
In besonders einfacher Ausführungsform der Erfin- düng werden die verwendeten zwei oder auch mehr
Schleifscheiben aus konzentrisch angeordneten Topfschleifscheiben gebildet, so daß die verwendeten Schleifbeläge konzentrische Kreisringe bilden. Dabei kann der Schleifbelag der inneren Schleif- scheibe auch in Form einer Kreisscheibe gebildet sein, die je nach Ausführungsform der Schleifspindel vom anderen Schleifbelag als konzentrischer Kreisring oder den anderen Schleifbelägen als konzentrische Kreisringe mit eventuell unterschiedli- chen Wirkradien umgeben ist. Bei ungleichen Wirkradien können auch unterschiedliche Nutringdurchmesser und Nuttiefen geschliffen werden.
Soll die erfindungsgemäße Schleifspindel für die Technik des Rotationsschleifens eingesetzt werden, so sind identische Wirkradien der verwendeten Schleifscheiben von großem Vorteil. Dazu empfiehlt die Erfindung, die verwendeten Schleifscheiben als Topfschleifscheiben mit identischem Wirkradius aus- zubilden, deren Schleifbeläge die Gestalt unterbrochener Kreisringe besitzen, deren Segmente miteinander in Eingriff stehen und sich zu einem Kreisring ergänzen. Mit dieser besonderen Ausbildung der Schleifscheiben läßt sich die erfindungsgemäße Schleifspindel auch zum Rotationsschleifen vorteilhaft einsetzen. Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen aus Schleifscheiben mit gleichen und unterschiedlichen Wirkradien denkbar. 10 -
Während des Schleifvorganges ist normalerweise eine Kühlung des Werkstückes erforderlich. Hierzu empfiehlt die Erfindung, die Außenwelle bzw. die zu- sätzliche Innenwelle der Schleifspindel mit einer durchgängigen axialen Bohrung zu versehen, durch die ein geeignetes Kühlmittel dem Bearbeitungspro- zess zugeführt werden kann.
Besteht die Notwendigkeit, zur Erzielung der geforderten Qualität einer Werkstückoberfläche mehr Schleifscheiben zu verwenden als an einer einzigen Schleifscheibe zweckmäßigerweise unterzubringen sind, so empfiehlt die Erfindung, eine Schleifan- läge mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Schleifspindeln auszustatten. Damit lassen sich auch solche vielstufigen Bearbeitungsvorgänge ohne die mit einem Werkzeugwechsel verbundenen Nachteile wie hohem Rüstzeitaufwand und der Erfordernis der Neupro- filierung der Schleifscheibe vorteilhaft ausführen, wobei die hohe radiale Steifigkeit der verwendeten Schleifspindein das Erzielen hochpräziser Werkstückoberflächen ermöglicht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist.
Sie zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Schleifspindel in schematischer Darstellung. - 11 -
Die Hauptwelle (1) der erfindungsgemäßen Schleif- spindel ist in diesem Beispiel vermittels zweier Paare von Rillenkugellagern (2) im Spindelgehäuse (3) drehbar gelagert. Hier können auch andere Arten von Wälzlagerungen oder auch hydrodynamische sowie hydrostatische Lagerungen, Luftlager oder Magnetlager Verwendung finden. Der Drehantrieb der erfindungsgemäßen Schleifspindel erfolgt über eine hier nicht dargestellte koaxial an der Hauptwelle befestigte Riemenscheibe, die vom Antriebsmotor über einen entsprechenden Riemen angetrieben wird. Auf das Spindelgehäuse (3) ist eine Buchse (4) koaxial aufgesattelt, deren Oberteil (5) fest am Spindelge- häuse befestigt ist, während das zugehörige Unterteil (6) in begrenztem Umfange axial beweglich ist. Die Relativbewegung von Unterteil (6) und Spindelgehäuse (3) wird im Beispiel über die Gleitlagerbuchse (7) geführt, wobei diese Führung natürlich auch auf anderem Wege etwa über eine Kugelbüchse realisiert werden kann. Die Außenwelle (8) der erfindungsgemäßen Schleifspindel ist in einem aus zwei Kugellagern gebildeten Drehlager (9) im Unterteil (6) der Buchse (4) drehbar gelagert und über eine Mitnahmevorrichtung (10) mit der Hauptwelle
(1) verbunden. An der Unterseite von Hauptwelle (1) und Außenwelle (8) ist jeweils eine Schleifscheibe (11,12) mit mehreren Schrauben angeflanscht, wobei der Schleifbelag der inneren Schleifscheibe (11) die Form einer Kreisfläche aufweist, die der
Schleifbelag der äußeren Schleifscheibe (12) als konzentrischer Kreisring umgibt. In der Abbildung befindet sich die Außenwelle (8) mit samt ihrer - 12 -
Schleifscheibe (12) in einer axial zurückgezogenen Position, sodaß die innere Schleifscheibe (11) mit der Werkstückoberfläche in Eingriff gebracht werden und diese bearbeiten kann. Um die äußere Schleif- scheibe (12) in Eingriff zu bringen, wird der pneumatische Zylinder (13) beaufschlagt, der das Unterteil der Buchse (8) samt Außenwelle und Schleifscheibe in einer Senkbewegung axial abwärts bewegt, bis der Schleifbelag der Schleifscheibe (12) über die Schleifscheibe (11) übersteht. Wird die Kraftwirkung des Pneumatikzylinders (13) ausgeschaltet, schiebt die Rückstellfeder (14) Buchsenunterteil (6), Außenwelle (10) und Schleifscheibe (12) wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Die endgültige axiale Schleifposition wird jedoch durch die axiale Lage der gesamten Schleifspindel festgelegt. Zu diesem Zweck ist das Spindelgehäuse (3) mit einer hier nicht dargestellten Schlittenkonstruktion verbunden, die es erlaubt, die gesamte in der Abbil- düng dargestellte Konstruktion in weiten Grenzen axial zu verfahren. Diese Bewegung wird auch für den eigentlichen Vorschub des Schleifprozesses ausgenutzt. Eine axiale durch die Hauptwelle (1) verlaufende, durchgängige Bohrung (15) ermöglicht es, der Werkstücksoberfläche und der Schleifscheibe
(11, 12) während des SchleifVorganges ein geeignetes flüssiges Kühlmittel zuzuführen.
Im Ergebnis erhält man eine Schleifspindel, mit zwei wahlweise in Eingriff bringbaren Schleifscheiben, die eine hohe radiale Steifheit aufweist und daher auch für Präzisionsarbeiten gut geeignet ist.

Claims

- 13P A T E N T A N S P RÜ C H E
1. Schleifspindel mit einem Spindelgehäuse und zwei koaxialen, von einem Antriebsmotor angetriebenen Wellen, an denen jeweils eine von zwei konzentrischen Schleifscheiben befestigt ist, und die durch eine Hub- bzw. Senkbewegung relativ zueinander in axialer Richtung verschiebbar sind, so daß wahl- weise die eine oder die andere Schleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet/ daß
- die innere Welle als Hauptwelle (1) mit dem An- triebsmotor verbunden ist,
- die Außenwelle (8) durch eine Mitnahmevorrichtung (10) an die Hauptwelle (1) gekoppelt ist,
- eine Buchse (4) koaxial auf das Spindelgehäuse (3) aufgesattelt ist,
- die Außenwelle (8) an der Buchse (4) mittels eines Drehlagers (9) drehbar gelagert ist,
- die Buchse (4) mit einem Stellglied (13) versehen ist,
- das die Hub- bzw. Senkbewegung ausführt.
2. Schleifspindel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine koaxial an der Hauptwelle (1) befestigte - 14 -
Riemenscheibe, über die der Antriebsmotor die Hauptwelle (1) antreibt.
3. Schleifspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der Antriebsmotor ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor oder ein Druckluftmotor ist, den die Hauptwelle (1) durchgreift.
4. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmevorrichtung (10) ein Mitnahmestift ist, der Hauptwelle (1) und Außenwelle (8) drehfest miteinander verbindet.
5. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein pneumatisches oder hydrostatisches oder elektromagnetisches oder elektromo- torisches oder mechanisches Stellglied (13) .
6. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sensor, der die Berüh- rung der Schleifscheibe mit dem Werkstück erfaßt.
7. Schleifspindel nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Sensor, der Vibrationen oder Längenän- derungen oder Verschiebungen erfaßt. - 15 -
8. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , gekennzeichnet durch zumindest eine zusätzliche, koaxial innerhalb der Hauptwelle (1) angeordnete Innenwelle, mit der eine weitere Schleifscheibe, insbesondere ein Poliertuch, zum Eingriff gebracht werden kann.
9. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet/ daß zumindest eine weitere Buchse koaxial auf das Spindelgehäuse (3) aufgesattelt ist, an der Buchse eine zur Hauptwelle (1) koaxiale Welle drehbar gelagert und durch eine Mitnahmevorrichtung an die Hauptwelle (1) gekoppelt ist, an der Welle eine Schleifscheibe befestigt ist und die Buchse mit einem Stellglied für eine Hubbzw. Senkbewegung versehen ist, mit der die Schleifscheibe in Eingriff gebracht werden kann.
10. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet/ daß die Schleifbeläge der Schleifscheiben konzentrische Kreisringe bilden.
11. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag der inneren Schleifscheibe die Form einer Kreis- scheibe besitzt, die der andere bzw. die anderen Schleifbeläge als konzentrischer Kreisring oder konzentrische Kreisringe umgeben. - 16 -
12. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet/ daß die Schleifbeläge der an Haupt- (1) und Außenwelle (8) befestigten Schleifscheiben (11,12) die Gestalt unterbrochener Kreisringe besitzen, deren Segmente miteinander in Eingriff stehen und sich zu einem Kreisring ergänzen.
13. Schleifspindel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifbeläge sämtlicher Schleifscheiben die Gestalt unterbrochener Kreisringe besitzen, deren Segmente miteinander in Eingriff ste- hen und sich zu einem Kreisring ergänzen.
14. Schleifspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , gekennzeichnet durch eine durchgängige axiale Bohrung (15) in der Hauptwelle (1) oder der Innenwelle.
15. Schleifanläge gekennzeichnet durch eine oder mehrere Schleifspindein nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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