DE102011108859A1

DE102011108859A1 - Rotationssymetrisches Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeuges

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Publication number: DE102011108859A1
Application number: DE201110108859
Authority: DE
Inventors: Gerd Eisenblätter
Original assignee: Gerd Eisenblaetter GmbH
Current assignee: PPR GMBH, DE
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: US9138870B2; DE102011108859B4; US20130025429A1; CA2783729C; CA2783729A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit zum Spanen ausgebildeten Scheiben bzw. Ringscheiben, welche überlappend aufeinander geschichtet sind und an ihren Einschnitten, die vom Außenumfang bis zum Mittelpunkt der Scheiben bzw. Innenumfang der Ringscheiben reichen, ineinander greifen. Die Einschnitte der unmittelbar benachbarten Scheiben bzw. Ringscheiben sind um jeweils 360°/n winkelversetzt, wobei n die Anzahl der Scheiben bzw. Ringscheiben ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren eines solchen Werkzeuges, bei welchem die Scheiben bzw. Ringscheiben bis zum Mittelpunkt bzw. Innenumfang eingeschnitten, an den Einschnitten vollständig ineinander geschoben, aufeinander zugeklappt und verschoben werden bis ein Winkelversatz der Einschnitte von 360°/n hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein rotationssymmetrisches Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen mit mehreren zum Spanen ausgebildeten Scheiben oder Ringscheiben, die einen Einschnitt ausgehend vom Außenumfang aufweisen, eine gemeinsame Rotationsachse besitzen und in der Weise sich teilweise überlappend aufeinander geschichtet sind, dass ein Teil jeweils einer Scheibe bzw. Ringscheibe durch den Einschnitt einer darüber liegenden Scheibe bzw. Ringscheibe hindurch auf dieser zu liegen kommt, wobei die Einschnitte der Scheiben bzw. Ringscheiben winkelversetzt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung Scheiben bzw. Ringscheiben, mit denen das Werkzeug ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Werkzeuges.
Gattungsgemäße rotationssymmetrische Werkzeuge, die zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen verwendet werden, weisen in der Regel eine oder mehrere Scheiben bzw. Ringscheiben auf, die spanaktive Eigenschaften besitzen. Zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen zählen beispielsweise das Schleifen, Läppen, Honen, Polieren oder Mischformen daraus. Spanaktive Eigenschaften rühren dann zum Beispiel von Schleifkörpern, Läppmitteln, Poliertüchern oder Polierpasten her.
Aus dem Stand der Technik sind rotationssymmetrische Werkzeuge bekannt, die zwei fächerförmig miteinander verzahnte kreisrunde Ringscheiben aufweisen. Diese Werkzeuge werden beispielsweise beim Schleifen von Rohren und Bohrlöchern oder beim Entgraten eingesetzt. Durch mehrere Einschnitte in jeder Ringscheibe ist das Werkzeug flexibel und kann sich der Kontur der Materialoberfläche anpassen. Um die Ringscheiben ineinander zu verzahnen wird eine erste Ringscheibe mit radialen Einschnitten versehen und eine zweite Ringscheibe so zugeschnitten, dass mehrere trapezförmige Kreisabschnitte entstehen. Die Ringscheiben sind so aufeinander gelegt, dass sie eine gemeinsame Rotationsachse besitzen und die erste Ringscheibe auf der zweiten zu liegen kommt. Die Kreisabschnitte der zweiten Ringscheibe sind so durch die radialen Einschnitte der darüber liegenden ersten Ringscheibe geschoben, dass Kreissegmente der zweiten Ringscheibe die Deckfläche der ersten Ringscheibe überlappen und auf dieser zu liegen kommen.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugen ist die geringe Anzahl der am spanenden Prozess beteiligten Deckflächen der Ringscheiben, die auf zwei begrenzt ist. Des Weiteren ist die Herstellung sehr aufwendig, weil die Form der Einschnitte bei den zwei Ringscheiben unterschiedlich ist und das Ineinanderschieben und Verzahnen der beiden mehrfach eingeschnittenen Ringscheiben nicht kostengünstig automatisierbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein rotationssymmetrisches Werkzeug zur spanenden Bearbeitung anzugeben, welches durch ein in wenigen Arbeitsschritten realisierbares, kostengünstiges und automatisierbares Verfahren hergestellt werden kann und eine größere Abtragsleistung bei längerer Standzeit bietet.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt für das rotationssymmetrische Werkzeug dadurch, dass der Einschnitt bis zum Mittelpunkt der Scheiben bzw. Innenumfang der Ringscheiben reicht und dass der Winkelversatz zum Einschnitt der jeweils nächsten Scheibe bzw. Ringscheibe gleich α = 360°/n ist, wobei n die Anzahl der Scheiben bzw. Ringscheiben ist. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe gelöst, indem mehrere zum Spanen ausgebildete Scheiben bzw. Ringscheiben vom Außenumfang bis zum Mittelpunkt der Scheiben bzw. Innenumfang der Ringscheiben eingeschnitten werden, die Einschnitte von mindestens zwei Scheiben bzw. Ringscheiben vollständig gegenseitig ineinandergeschoben werden, die Scheiben bzw. Ringscheiben aufeinander zugeklappt werden bis deren Rotationsachsen koaxial zueinander ausgerichtet sind und schließlich die sich teilweise überlappenden Scheiben bzw. Ringscheiben gegenseitig verdreht werden bis ein Winkelversatz der Einschnitte der jeweils nächsten Scheibe bzw. Ringscheibe gleich α = 360°/n erreicht ist, wobei n die Anzahl der Scheiben bzw. Ringscheiben ist. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das rotationssymmetrische Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen mit mehreren zum Spanen ausgebildeten Scheiben oder Ringscheiben ausgestattet ist. Die Scheiben bzw. Ringscheiben können beispielsweise kreisrund, elliptisch, vieleckig, rosettenförmig oder sternförmig sein. Werden die Scheiben bzw. Ringscheiben an ihren Einschnitten vollständig ineinander geschoben, zueinander zugeklappt, sodass die Deckflächen, also die Ober- oder Unterseiten der Scheiben bzw. Ringscheiben, sich gegenseitig berühren und die Rotationsachsen koaxial sind, und anschließend gegeneinander verdreht, entsteht eine überlappende Aufeinanderschichtung der einzelnen Scheiben bzw. Ringscheiben. Dabei greift jeweils ein Teil einer Scheibe bzw. Ringscheibe durch den Einschnitt der nächsten darüber liegenden Scheibe bzw. Ringscheibe und kommt auf deren Deckfläche zu liegen. Durch das Verdrehen der Scheiben bzw. Ringscheiben kann der Winkelversatz der Einschnitte der unmittelbar benachbarten Scheiben bzw. Ringscheiben bestimmt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass nur ein Einschnitt pro Scheibe bzw. Ringscheibe vorgesehen ist und dieser Einschnitt bis zum Mittelpunkt der Scheibe bzw. Innenumfang der Ringscheibe reicht, wodurch die Scheiben bzw. Ringscheiben auf einfache Weise ineinander gesteckt und gegeneinander verschoben werden können.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass alle Scheiben bzw. Ringscheiben eines Werkzeuges gleichmäßig am spanenden Prozess beteiligt sind, was die Abtragsleistung der Scheiben bzw. Ringscheiben und damit die Standzeit des Werkzeuges erhöht. Die Scheiben bzw. Ringscheiben werden an den Stellen durch Abtrag verbraucht, die während des Spanprozesses mit der Materialoberfläche in Berührung kommen. Davon ist immer nur die oberste Schicht der aufeinander geschichteten und sich überlappenden Scheiben bzw. Ringscheiben betroffen. An der obersten Schicht sind alle Scheiben bzw. Ringscheiben beteiligt, wobei der Anteil der Deckfläche jeder Scheibe bzw. Ringscheibe, der die oberste Schicht bildet, gleich 1/n ist. Dies steht im Einklang mit dem Winkelversatz von α = 360°/n, den die Einschnitte der jeweils benachbarten Scheiben bzw. Ringscheiben zueinander aufweisen. Ist die oberste Schicht durch den Spanprozess verbraucht, so wird die als nächstes darunter liegende Schicht, die wiederum aus den aufeinander geschichteten und sich überlappenden Scheiben bzw. Ringscheiben aufgebaut ist, abgetragen. Bei gleichmäßiger Abnutzung wird sich das Verhältnis der Flächenanteile der spanaktiven Deckflächen nicht ändern, das heißt also bei 1/n bleiben. Da das Werkzeug erst nach dem Verbrauch aller Scheiben bzw. Ringscheiben mit neuen Scheiben bzw. Ringscheiben bestückt werden muss, ist eine längere Standzeit gegenüber einfach belegten oder nur mit wenigen Scheiben bzw. Ringscheiben belegten Werkzeugen gewährleistet.
Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass die Anzahl der Scheiben bzw. Ringscheiben drei bis sechs und vorzugsweise vier bis fünf beträgt. Je größer die Anzahl der aufeinander geschichteten und sich überlappenden Scheiben bzw. Ringscheiben ist, desto länger können die spanaktiven Eigenschaften der Scheiben bzw. Ringscheiben genutzt werden, bevor ein Auswechseln notwendig ist.
Grundsätzlich kann der Einschnitt ein dünner Schlitz sein, wobei die Deckfläche der Scheibe bzw. Ringscheibe vollständig erhalten bleibt. Der Einschnitt kann aber auch dadurch entstehen, dass ein Teil der Deckfläche der Scheiben bzw. Ringscheiben weggeschnitten wird. Die Formen der Einschnitte der Scheiben bzw. Ringscheiben können sehr verschieden sein, beispielsweise gerade, bogen- oder wellenförmig, linienförmig, rechteckig, dreieckig oder trapezförmig. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weiten sich die Einschnitte zum Außenumfang hin auf. Dies bedeutet, dass die Breite des Einschnittes bzw. der ausgeschnittenen Form vom Mittelpunkt der Scheibe bzw. Innenumfang der Ringscheibe bis zum Außenumfang zunimmt. Vorteilhaft daran ist, dass die Scheiben bzw. Ringscheiben sich leichter ineinander einschieben und verdrehen lassen, weil weniger Reibung der Scheiben bzw. Ringscheiben untereinander auftritt. Dies ist besonders nützlich, wenn viele Scheiben bzw. Ringscheiben miteinander verdreht werden müssen. Dabei ist in der Regel zumindest der Einschnitt einer Scheibe bzw. Ringscheibe an der schmälsten Stelle mindestens so breit, dass n – 1 aufeinander geschichtete Scheiben bzw. Ringscheiben in den Einschnitt geschoben werden können.
Die Einschnitte der Ringe können prinzipiell radial oder tangential vom Außenumfang zum Innenumfang verlaufen. In einer besonders bevorzugten Variante verlaufen die Einschnitte radial an den Innenumfang. Ein radialer Einschnitt verläuft vom Außenumfang bis zur zentrischen Öffnung des Ringes, wobei die Verlängerung des Einschnittes am gedachten Mittelpunkt der Ringscheibe endet. Ein tangentialer Einschnitt reicht ebenfalls vom Außenumfang bis zur Ringöffnung, jedoch trifft die Verlängerung des Einschnittes nicht den gedachten Mittelpunkt, sondern endet neben dem Mittelpunkt. Radiale Einschnitte bieten den Vorteil, dass sie kürzer sind als tangentiale Einschnitte. Damit bergen sie eine geringere Gefahr, dass sich bei hoher Umdrehungszahl die aufeinander geschichteten Scheiben bzw. Ringscheiben aufgrund der Einschnitte verkanten oder sich die Übergangsstellen von übereinander liegenden Scheiben bzw. Ringscheiben an den Einschnitten aufstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weisen die Scheiben bzw. Ringscheiben Justierhilfen auf, die den Winkelversatz bestimmen. Die Justierhilfen sind so an den Scheiben bzw. Ringscheiben angeordnet, dass sie die Justierung und damit den Winkelversatz der Einschnitte beim Verschieben der Scheiben bzw. Ringscheiben bestimmen. Die Justierhilfen können auf einer bestimmten Form oder Farbe beruhen, wie zum Beispiel Stanzungen oder Markierungspunkte. Durch die Justierhilfen ist das Messen des Winkelversatzes überflüssig, weil dieser über das Ausrichten der Scheiben bzw. Ringscheiben an den Justierhilfen zwangsläufig eingestellt wird.
Grundsätzlich können die Justierhilfen sich an irgendeiner Stelle der Scheiben bzw. Ringscheiben befinden. Am Außenumfang können die Justierhilfen beispielsweise in Form von Markierungspunkten angebracht sein, sie können aber auch in der Deckfläche der Scheiben bzw. Ringscheiben in Form von Stanzungen oder Lochungen auftreten. In einer besonders bevorzugten Variante befinden sich die Justierhilfen am Innenumfang der Ringe. Beispielsweise können die Justierhilfen als eine gerade Seite einer sonst kreisrunden zentrischen Ringöffnung ausgeprägt sein.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung bilden die Justierhilfen der einzelnen Scheiben bzw. Ringscheiben ein Justiermuster miteinander, das nur dann entsteht, wenn die Ausrichtung der Scheiben bzw. Ringscheiben dem Winkelversatz der Einschnitte entspricht. Sind also die Scheiben bzw. Ringscheiben aufeinander geschichtet, kann der Winkelversatz der Einschnitte hergestellt werden, indem die Scheiben bzw. Ringscheiben so lange verdreht werden, bis sich das Justiermuster zeigt. Das Justiermuster kann beispielsweise eine Lochung sein, die bei allen Scheiben bzw. Ringscheiben zur Deckung gebracht wird. Dabei besitzt jede der aufeinander geschichteten Scheiben bzw. Ringscheiben eine kreisrunde Lochung in ihrer Deckfläche. Die Lochungen sind auf einem vom gedachten Mittelpunkt gleich weit entfernten Kreisumfang auf den einzelnen Scheiben bzw. Ringscheiben angeordnet und unterscheiden sich nur in ihrer Lage zum jeweiligen Einschnitt der Scheibe bzw. Ringscheibe. Werden die Scheiben bzw. Ringscheiben solange verdreht, bis die Lochungen aller Scheiben bzw. Ringscheiben miteinander zur Deckung gebracht sind, also das Justiermuster sich ergeben hat, ist der Winkelversatz von 360°/n eingestellt.
Für den Fall, dass die Justierhilfen als gerade Seiten von sonst kreisrunden zentrischen Ringöffnungen ausgeprägt sind, stellt sich der Winkelversatz der Einschnitte ein, wenn nach dem Verschieben der Ringscheiben die Justierhilfen bzw. die zentrischen Ringöffnungen aller Ringscheiben zusammen eine vieleckige Form annehmen. Voraussetzung dafür ist, dass alle Ringscheiben gleich aufgebaut sind, das heißt, dass die zentrischen Öffnungen die gleiche Form aufweisen und die Einschnitte sich bei allen Ringscheiben an der gleichen Stelle befinden. Sind die zentrischen Ringöffnungen als nicht rotationssymmetrische Form ausgeprägt, beispielsweise als Halbkreis, müssen die Einschnitte bei den einzelnen Ringscheiben jeweils um einen bestimmten Winkel zu der jeweiligen Justierhilfe (die gerade Seite eines Halbkreises beispielsweise) versetzt sein, um mithilfe des Justiermusters (eine bei allen Scheiben bzw. Ringscheiben zur Deckung gebrachte halbkreisförmige Ringöffnung) den Winkelversatz der Einschnitte herzustellen.
Mit Hilfe der Justierhilfen bzw. den sich ergebenden Justiermustern kann die Herstellung des rotationssymmetrischen Werkzeuges mit den Scheiben bzw. Ringscheiben automatisiert werden. Montier- bzw. Lagerhalterungen dienen dazu, die Scheiben bzw. Ringscheiben an den Justierhilfen entsprechend dem Winkelversatz auszurichten. Durch die Verwendung der Justierhilfen entfällt das Nachmessen des Winkelversatzes.
Um das Aufflattern der Scheiben bzw. Ringscheiben beim rotierenden Betrieb des Werkzeuges zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Scheiben bzw. Ringscheiben zumindest teilweise miteinander zu verkleben. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Klebstoff in der Nähe des Einschnittes einer Scheibe bzw. Ringscheibe stellenweise aufgebracht. Dies kann als punktförmige Auftragung oder als Raupe geschehen. Ein flächiges Einstreichen der Scheiben bzw. Ringscheiben ist grundsätzlich nicht nötig, um das Aufflattern im Betrieb zu vermeiden. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise Polyurethan-, Kalt- oder Heißkleber.
Grundsätzlich sind die Scheiben bzw. Ringscheiben zumindest auf einer ihrer Deckflächen, also der Ober- oder Unterseite, mit spanaktiven Eigenschaften ausgestattet. Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht spanaktive Eigenschaften sowohl für die obere als auch die untere Deckfläche der Scheiben bzw. Ringscheiben vor. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die oberste und unterste Deckfläche der aufeinander geschichteten Scheiben bzw. Ringscheiben am Spanprozess beteiligt sind. Dies kann besonders nützlich sein, wenn das Werkzeug beispielsweise zur Bearbeitung von Nuten, Hohlkehlen, Bohrlöchern, Schlitzen oder des Innendurchmessers eines Rohres verwendet wird. Dabei treffen sowohl beim Ein- als auch beim Ausführen des Werkzeuges spanaktive Oberflächen der Scheiben bzw. Ringscheiben auf die Materialoberfläche. Durch die flexiblen Scheiben bzw. Ringscheiben passt sich das Werkzeug der Kontur der Materialoberfläche an.
Die Materialien, die für die spanaktiven Eigenschaften der Scheiben bzw. Ringscheiben verantwortlich sind, sind je nach Anwendungsgebiet verschieden. Vorzugsweise besitzt mindestens eine der Scheiben bzw. Ringscheiben erfindungsgemäß Vlies- oder Filzmaterial. Sowohl Vlies- als auch Filzmaterial eignen sich für die Vorpolitur weicher Materialien, wie zum Beispiel Aluminium, Messing oder Kupfer, weil die Oberflächenrauigkeit der Materialoberfläche reduziert und eine Glättung erzielt wird. Der Spiegelglanz der Materialoberfläche wird durch die Verbindung des Vliesmaterials zusammen mit Polierpasten und -cremen erzielt. Geschäumtes, hochveredeltes Nylonvlies wird dagegen zum Schleifen, Feinschleifen und Polieren, zum Entzundern, Entfernen von Oxiden, Kratzern, Rost, Graten und Farbe von Metallen, Holz und Kunststoffen verwendet. Korndurchsetztes Nylongrobgewebe wird zum Reinigen und Entzundern von Schweißnähten, Reinigen von Metallen und Holz, angewendet. Scheiben bzw. Ringscheiben aus Baumwolle werden zusammen mit Polierpasten und -cremen für die Politur weicher Metalle benutzt.
Weiterhin besteht vorzugsweise mindestens eine Scheibe bzw. Ringscheibe aus einem Träger und einem Materialbearbeitungsbelag. Durch den Träger gewinnt die Scheibe bzw. Ringscheibe an Stabilität. Der Träger kann dabei beispielsweise aus Nylon-, Polyester-, Baumwoll- oder Mischgewebe, Vulkanfiber oder Hanf-, Flachs- oder Sisal-Gewirk bestehen.
Der Materialbearbeitungsbelag kann grundsätzlich aus einem Schleifmittel, Vliesmaterial, Filzmaterial, oder einem Poliertuch bestehen. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung ist mit einem Materialbearbeitungsbelag ausgestattet, der aus einem Schleifmittel mit einer Körnung von 35 bis 60 (ISO 6344) besteht. Diese Körnung des Schleifmittels hat den Vorteil, einen hohen Abtrag bei geringer Beschädigung der Materialoberfläche zu gewährleisten. Die Schleifmittel werden dabei unter Zuhilfenahme überwiegend keramischer, polymerer oder metallenen Bindemitteln an die Träger gebunden. Als Schleifmittel kommen oxidische Schneidkeramiken, Diamantpartikel, Siliziumkarbid, Korund oder Zirkon in Betracht. Vorzugsweise weist das Schleifmittel keramische Bestandteile auf, welche in Rein- oder Mischform aus Aluminiumoxiden, Zirkonoxiden, Titankarbiden, Zirkonkorund oder Siliziumkarbiden bestehen. Die Verwendung von Schleifmitteln mit keramischen Bestandteilen als Materialbearbeitungsbelag erzielt bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug eine besonders hohe Abtragsleistung, weil der Schleifwinkel, der sich zwischen dem Werkzeug und der Materialoberfläche ergibt, aufgrund der sich überlappenden aufeinander geschichteten Scheiben bzw. Ringscheiben spitz ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die spanaktiven Eigenschaften mindestens zweier Scheiben bzw. Ringscheiben voneinander unterschiedlich. Es kann also beispielsweise eine Schleifscheibe mit einer Vliesscheibe kombiniert werden, was zur Folge hat, dass die oberste Deckschicht, welche am spanenden Prozess beteiligt ist, aus zwei unterschiedlichen Materialien besteht bzw. unterschiedliche spanaktive Eigenschaften aufweist. Mit dieser Anordnung können Bearbeitungsschritte bei der spanenden Bearbeitung einer Materialoberfläche von einem Werkzeug kombiniert werden, ohne dass ein Wechseln der Scheiben bzw. Ringscheiben oder des Werkzeuges notwendig ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung sind die Scheiben bzw. Ringscheiben auf einem Stützteller angeordnet. Durch die Unterstützung der Scheiben bzw. Ringscheiben mit einem Stützteller wird das Werkzeug stabiler und die für den spanenden Prozess benötigte Kraft, die auf das Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung aufgebracht wird, kann so effizienter auf die Materialoberfläche übertragen werden. Die Scheiben bzw. Ringscheiben sind beispielsweise mit einem Klebstoff, der eine Restelastizität aufweist, auf dem Stützteller befestigt. Der Klebstoff kann dabei auf Polyurethanbasis sein bzw. ein Kalt- oder Heißkleber sein.
Besonders bevorzugt sind die Scheiben bzw. Ringscheiben durch eine lösbare Haft- oder Klettverbindung auf dem Stützteller angebracht. Dies erleichtert und beschleunigt die Montage der Scheiben bzw. Ringscheiben auf dem Stützteller, wenn ein Wechsel notwendig ist.
Der Stützteller ist über ein Spannsystem, einen Flansch oder ein Gewinde mit einer Antriebswelle einer Antriebsmaschine, beispielsweise eines Winkelschleifer, verbunden. Das erfindungsgemäße Werkzeug bietet den Vorteil, dass bei einer Geschwindigkeit der Antriebsmaschine im Bereich von 50 bis 80 m/sec (DIN EN 13743) gearbeitet werden kann. Bei einer Geschwindigkeit von 63 m/sec wird eine optimale Leistung und Standzeit des Werkzeuges erzielt.
Grundsätzlich kann der Stützteller aus verschiedenen Materialien bestehen. Es kommen vibrations- und geräuschdämpfende Kunststoffe, wie beispielsweise Polyurethane oder Acrylnitril-Butadien-Styrol zur Anwendung. Es ist zweckmäßig, spanbare Materialen einzusetzen, die sich leicht trimmen lassen und sich während der Oberflächenbearbeitung von selbst abnutzen. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise ein Kunststoff wie Acrylnitril-Butadien-Styrol. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stützteller Naturfasern auf, welche nach der Benutzung problemlos entsorgt werden können. Ein solcher Stützteller kann beispielsweise im Spritzgussverfahren aus Granulat hergestellt werden, wobei das Granulat aus Hanffasern oder Cellulose in einem Bindemittel besteht. Es kann auch ein mit Naturfasern verstärkter Kunststoffstützteller Anwendung finden.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen rotationssymmetrischen Werkzeuges zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen werden bevorzugt die Scheiben bzw. Ringscheiben vor dem Ineinanderschieben zu Stapeln vorsortiert. Das Ineinanderschieben der Scheiben bzw. Ringscheiben erfolgt dann stapelweise, was die Herstellung des Werkzeuges erheblich erleichtert. Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird die Reihenfolge, welche die späteren aufeinander geschichteten und ineinander verschobenen Scheiben bzw. Ringscheiben aufweisen, durch die vorherige Sortierung innerhalb der Stapel festgelegt. Das Aufeinanderzuklappen bestimmt dann die endgültige Reihenfolge der beiden Stapel und damit aller Scheiben bzw. Ringscheiben.
Um das Aufflattern der Scheiben bzw. Ringscheiben während des rotierenden Betriebes zu vermeiden, wird bei der Herstellung des Werkzeuges stellenweise Klebstoff in der Nähe der Einschnitte der Scheiben bzw. Ringscheiben angewendet. Dabei kann der Klebstoff vor oder nach dem Herstellungsschritt, bei dem die Scheiben bzw. Ringscheiben ineinander geschoben werden, aufgebracht werden. Das stellenweise Kleben kann in Form von einzelnen Klebepunkten oder Kleberaupen ablaufen. Bei Verwendung eines Stütztellers ist es vorteilhaft, die Scheiben bzw. Ringscheiben mithilfe von Klebstoff auf diesem zu fixieren. Dabei wird die unterste Schicht der aufeinander geschichteten Scheiben bzw. Ringscheiben mit der Oberseite des Stütztellers verklebt. Der Klebstoff kann entweder stellenweise oder flächig auf den Stützteller oder die Scheiben bzw. Ringscheiben oder beiden aufgetragen werden. Geeignete Klebstoffe sind beispielsweise Polyurethan-, Kalt- oder Heißkleber.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von den in den Zeichnungen dargestellten fünf bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Es zeigen schematisch:
1 bis 4: ein erstes Werkzeug mit zwei Scheiben bei vier verschiedenen Herstellungsschritten in perspektivischer Darstellung;
5: eine Ringscheibe mit einem Einschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
6: ein zweites Werkzeug mit drei sich überlappenden Ringscheiben gemäß 5 in perspektivischer Darstellung;
7: vier Ringscheiben mit Justierhilfen gemäß einer zweiten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
8: ein drittes Werkzeug mit vier sich überlappenden Ringscheiben gemäß 7 in perspektivischer Darstellung;
9: vier Ringscheiben mit Justierhilfen gemäß einer dritten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
10: ein viertes Werkzeug mit vier sich überlappenden Ringscheiben gemäß 9 in perspektivischer Darstellung; und
11: ein fünftes Werkzeug auf einem Stützteller im Querschnitt.
Anhand der 1 bis 4 wird nachfolgend die Herstellung eines ersten Werkzeuges 5 mit zwei (n = 2) zum Spanen ausgebildeten kreisrunden Scheiben 18 und 19 beschrieben. Eine erste Scheibe 18 und eine zweite Scheibe 19 weisen jeweils einen Einschnitt 3 bzw. 4 auf, der vom Außenumfang 13 keilförmig bis zum Mittelpunkt 20 der jeweiligen Scheibe 18 bzw. 19 verläuft. Die Breite der Einschnitte 3 und 4 nimmt vom Außenumfang 13 zum Mittelpunkt 20 hin ab. Die Scheiben 18 und 19 sind als Schleifscheiben ausgebildet, das heißt ein Polyesterträger ist auf einer seiner Deckflächen mit Keramikkorn besetzt. Auch wenn die Scheiben 18 und 19 in diesem Ausführungsbeispiel aus demselben Material aufgebaut sind, ist eine Ausführungsform möglich, bei der die Scheiben 18 und 19 aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
1 veranschaulicht den anfänglichen Herstellungsschritt, bei welchem die erste Scheibe 18 an ihrem Einschnitt 3 in den Einschnitt 4 der zweiten Scheibe 19 eingeführt wird. 2 zeigt den nächsten Herstellungsschritt, bei welchem die erste Scheibe 18 vollständig in den Einschnitt 4 der zweiten Scheibe 19 eingeschoben ist, sodass ihr Außenumfang 13 mit dem Außenumfang 13 der zweiten Scheibe 19 bündig abschließt.
In 3 ist der nächste Herstellungsschrat dargestellt, bei welchem die beiden ineinander geschobenen Scheiben 18 und 19 so aufeinander zugeklappt werden, dass sie nahezu aufeinander zu liegen kommen und dabei die mit Schleikorn besetzten Oberflächen der ersten Scheibe 18 und der zweiten Scheibe 19 in dieselbe Richtung zeigen. Die Endposition der ineinander geschobenen sich überlappenden ersten und zweiten Scheibe 18 und 19 ist in 4 gezeigt. Dabei kommt die eine Hälfte der ersten Scheibe 18 über der zweiten Scheibe 19 und die andere Hälfte unter der zweiten Scheibe 19 zu liegen. Damit ist bei dem Werkzeug 5 ein Winkelversatz des Einschnittes 3 der ersten Scheibe 18 zum Einschnitt 4 der zweiten Scheibe 19 von α = 360°/n = 360°/2 = 180° eingestellt.
5 zeigt eine zum Spanen ausgebildete kreisrunde Ringscheibe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer kreisrunden zentrischen Öffnung 11. Die Ringscheibe 10 weist einen radial verlaufenden Einschnitt 12 mit gleichmäßiger Breite auf, der sich vom Außenumfang 13 der Ringscheibe 10 bis zu ihrem Innenumfang 14 erstreckt. Die Ringscheibe 10 besteht aus einem Träger 15 aus einem Baumwolle/Polyester Mischgewebe und einem Schleifmittel als Materialbearbeitungsbelag 16, welches gebundenes Keramikkorn enthält.
In 6 ist ein zweites Werkzeug 6 dargestellt, welches aus drei (n = 3) aufeinander geschichteten und sich überlappenden Ringscheiben 10', 10'' und 10''' gemäß 5 besteht. Das Herstellungsverfahren des Werkzeuges 6 verläuft analog zu den in 1 bis 4 gezeigten Herstellungsschritten. Jedoch werden zwei Ringscheiben 10' und 10'' gleichzeitig in den Einschnitt 12''' der dritten Ringscheibe 10''' geschoben, aufeinander geklappt und gegenseitig verschoben. Die Breite des Einschnittes 12''' ist also so groß, dass die Ringscheiben 10' und 10'' aufeinandergelegt im 90° Winkel zu Ringscheibe 10''' in den Einschnitt 12''' geschoben werden können. Die zentrischen Ringöffnungen 11 erleichtern das Ineinanderschieben und Verdrehen der Ringscheiben 10', 10'' und 10''' durch das Herabsetzen von Reibkräften, die bei der Herstellung des Werkzeuges 6 entstehen.
Die drei ineinander geschobenen Ringscheiben 10', 10'' und 10''' besitzen eine gemeinsame Rotationsachse 17 und sowohl die Ringöffnungen 11 als auch die Außenumfänge 13 der drei Ringscheiben 10', 10'' und 10''' kommen aufeinander zu liegen. Über ihre Einschnitte 12', 12'' und 12''' greifen die Ringscheiben 10', 10'' und 10''' ineinander und sind so gegeneinander verschoben, dass sich ein Winkelversatz von α = 360°/n = 120° zwischen den Einschnitten 12' und 12'', 12'' und 12''' sowie 12''' und 12' einstellt. Somit greift Ringscheibe 10' durch den Einschnitt 12''' und kommt auf der Ringscheibe 10''' zu liegen. Ringscheibe 10' ist mit einem Drittel an der obersten Schicht der aufeinander geschichteten drei Ringscheiben 10', 10'' und 10''' beteiligt, während zwei Drittel der Ringscheibe 10' von den darüber liegenden Ringscheiben 10'' und 10''' verdeckt sind. Ringscheibe 10'' greift durch Einschnitt 12' und kommt auf der Ringscheibe 10' zu liegen. Wiederum ein Drittel der Ringscheibe 10'' ist an der obersten Schicht beteiligt, während zwei Drittel der Ringscheibe 10'' von den darüber liegenden Ringscheiben 10''' und 10' verdeckt sind. Analog verhält es sich mit Ringscheibe 10''', die durch den Einschnitt 12'' greift und auf Ringscheibe 10'' zu liegen kommt. Zwei Drittel der Ringscheibe 10''' sind von den darüber liegenden Ringscheiben 10' und 10'' verdeckt und ein Drittel der Ringscheibe 10''' ist an der obersten Schicht beteiligt. In der perspektivischen Darstellung (6) ist deshalb jeweils nur ein Drittel der Ringscheiben 10', 10'' und 10''' sichtbar, weil zwei Drittel von den darüber liegenden Ringscheiben 10'' und 10''', 10''' und 10' sowie 10' und 10'' abgedeckt sind. Die gesamte spanende Deckfläche des Werkzeuges ist mit keramischem Schleifkorn ausgestattet, wobei jede Ringscheibe 10', 10'' und 10''' mit jeweils einem Drittel an abrasiver Oberfläche an der obersten Deckfläche der sich überlappenden Ringscheiben und damit am spanenden Prozess teilnimmt.
7 zeigt vier kreisrunde Ringscheiben gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die Ringscheiben als Filzringscheibe 10a, Schleifringscheibe 10b, Vliesringscheibe 10c und Polierringscheibe 10d ausgebildet sind. Die Filzringscheibe 10a besteht aus einem Polyesterträger, der mit Filzmaterial belegt ist. Die Schleifringscheibe ist als Baumwollträger mit in Harz gebundenen Korunden ausgebildet. Die Vliesringscheibe 10c besteht aus mit Zirkonkorund getränktem Vliesmaterial und die Polierringscheibe 10d ist ein mit Polierpaste versehenes Poliertuch. Die Ringscheiben 10a bis 10d weisen den gleichen Aufbau auf und besitzen alle einen keilförmigen Einschnitt 12a bis 12d vom Außenumfang 13 bis zum Innenumfang 14. Die ansonsten kreisrunden zentrischen Öffnungen 11 sind jeweils mit einer geraden Seite versehen, die als Justierhilfen 21a bis 21d dienen. Die Justierhilfen 21a bis 21d befinden sich um 90° versetzt zu den jeweiligen Einschnitten 12a bis 12d. Die Einschnitte 12a bis 12d sind an den schmälsten Stellen, an denen sie in die Ringöffnungen 11 laufen, so breit, dass zwei aufeinander liegende Ringscheiben 10a bis 10d senkrecht dazu durch den Einschnitt geschoben werden können.
Um ein drittes Werkzeug 7 gemäß 8 aus den vier Ringscheiben 10a bis 10d gemäß 7 herzustellen, werden sowohl die Filzringscheibe 10a und die Schleifringscheibe 10b als auch die Vliesringscheibe 10c und die Polierringscheibe 10d in zwei Stapeln (nicht dargestellt) so aufeinander gelegt, dass die zentrischen Ringöffnungen 11 und die Einschnitte 12a bis 12d stapelweise zur Deckung kommen. Anschließend werden die Stapel an ihren Einschnitten 12a bis 12d nach demselben Prinzip ineinander geschoben und aufeinander zugeklappt wie es in den 1 bis 4 dargestellt ist. Mit diesem Beispiel wird deutlich, dass grundsätzlich eine beliebige Kombination der Ringscheiben 10a bis 10d, abhängig vom Einsatzzweck, auf einfache Weise möglich ist.
Sind die Ringscheiben 10a bis 10d so weit gegeneinander verdreht, dass jeweils zwischen dem Einschnitt 12a und 12b, 12b und 12c sowie 12c und 12d ein Winkelversatz von α = 360°/n = 360°/4 = 90° eingestellt ist, ergibt sich ein quadratische Justiermuster 22. Die quadratisch Form ergibt sich nur dann, wenn die Ringscheiben 10a bis 10d so gegeneinander verschoben sind, dass die Justierhilfen 21a bis 21d mit ihren geraden Seiten der ansonsten kreisrunden Ringöffnungen 11 ein Quadrat bilden. Sollte sich das quadratische Justiermuster 22 beim Verdrehen der Ringscheiben 10a bis 10d nicht einstellen, müssen die Ringscheiben 10a bis d so weit ineinander verschoben werden, bis sich eine quadratische Ringöffnung 11 ergibt. Dann ist der Winkelversatz von 90° zwischen den Einschnitten 12a bis 12d eingestellt, das heißt, Einschnitt 12a ist um 90° versetzt zu Einschnitt 12b, Einschnitt 12b um 90° versetzt zu Einschnitt 12c, Einschnitt 12c um 90° versetzt zu Einschnitt 12d und Einschnitt 12d wiederum um 90° versetzt zu Einschnitt 12a angeordnet. Somit ist Ringscheibe 10a zu einem Viertel sichtbar und zu drei Vierteln von den darüberliegenden Ringscheiben 10b, 10c und 10d verdeckt. Nach demselben Schichtschema verhält es sich bei den restlichen Ringscheiben 10b bis d.
In 9 sind vier kreisrunde Ringscheiben 10a bis 10d gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. Die Filzringscheibe 10a, die Schleifringscheibe 10b, die Vliesringscheibe 10c und die Polierringscheibe 10d sind aus den bei 7 erläuterten Materialien aufgebaut. Die Einschnitte 12a bis 12d reichen vom Außenumfang 13 bis zum Innenumfang 14. Die Breite der keilförmigen Einschnitte 12a bis 12d nimmt vom Innenumfang 14 zum Außenumfang hin zu, wobei die schmälste Stelle der Einschnitte 12a bis 12d der Dicke zweier aufeinander gelegter Ringscheiben 10a bis 10d entspricht. Die zentrischen Öffnungen 11 sind bei allen Ringscheiben 10a bis 10d halbkreisförmig. Die gerade Seite der halbkreisförmigen Öffnungen 11 dient jeweils als Justierhilfe 21a bis 21d. Die Einschnitte 12a bis 12d befinden sich bei den vier Ringscheiben 10a bis 10d um 0, 90, 180 und 270° versetzt zur geraden Seite der halbkreisförmigen Justierhilfen 21a bis 21d. Werden die vier Ringscheiben 10a bis 10d aufeinander geschichtet und soweit ineinander verschoben, dass die Justierhilfen 21a bis 21d miteinander zur Deckung kommen, ist der Winkelversatz der Einschnitte 12a bis 12d zu den Einschnitten der jeweils nächsten Ringscheibe 10a bis 10d von 90° eingestellt. Das halbkreisförmige Justiermuster 22, welches dann entsteht, wenn alle Ringscheiben 10a bis 10d so angeordnet sind, dass der Winkelversatz der jeweils nächsten Einschnitte zueinander 90° beträgt, ist in 10 dargestellt.
Die aus den Scheiben 19 bzw. Ringscheiben 10 hergestellten Werkzeuge gemäß 4, 6, 8 und 10 können auf Stütztellern aufgebracht werden, um die zum Spanen ausgebildeten Scheiben 19 bzw. Ringscheiben 10 zu stabilisieren und dadurch die Kraftübertragung vom Werkzeug auf die Materialoberfläche beim Spanprozess zu verbessern. 11 zeigt ein Werkzeug gemäß 8 bzw. 10 aus vier ineinander geschobenen und sich überlappenden Ringscheiben 10a bis 10d, welches auf einen Stützteller 23, der aus einem Naturfaserverbund besteht, mittels eines Heißklebers geklebt ist. Der Durchmesser der Ringscheiben 10a bis 10d ist größer als der Durchmesser des Stütztellers 23, weshalb sich ein Überstand 25 der Ringscheiben 10a bis 10d ergibt. Mit Hilfe des zentrischen Gewindes 24 kann der Stützteller an eine Antriebswelle einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) angebracht werden. Die Drehrichtung für die oben genannten Werkzeuge ist im Gegenuhrzeigersinn, um ein Aufstellen und Verhaken der Einschnitte 12 zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 13743 [0026]

Claims

Rotationssymmetrisches Werkzeug (5, 6, 7, 8 und 9) zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen mit mehreren zum Spanen ausgebildeten Scheiben (19) oder Ringscheiben (10), die einen Einschnitt (12) ausgehend vom Außenumfang (13) aufweisen, eine gemeinsame Rotationsachse (17) besitzen und in der Weise sich teilweise überlappend aufeinander geschichtet sind, dass ein Teil jeweils einer Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) durch den Einschnitt (12) einer darüber liegenden Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) hindurch auf dieser zu liegen kommt, wobei die Einschnitte (12) der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) winkelversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt (12) bis zum Mittelpunkt (20) der Scheiben (19) bzw. Innenumfang (14) der Ringscheiben (10) reicht und dass der Winkelversatz zum Einschnitt (12) der jeweils nächsten Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) gleich 360°/n ist, wobei n die Anzahl der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) drei bis sechs, vorzugsweise vier bis fünf, beträgt.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (12) der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) sich zum Außenumfang (13) hin aufweiten.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (12) der Ringscheiben (10) vom Außenumfang (13) radial an den Innenumfang (14) verlaufen.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) Justierhilfen (21) aufweisen, die den Winkelversatz bestimmen.
Werkzeug gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierhilfen (21) sich am Innenumfang (14) der Ringscheiben (10) befinden.
Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierhilfen (21) miteinander ein Justiermuster (22) bilden, das bei einer dem Winkelversatz entsprechenden Ausrichtung der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) entsteht.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) zumindest teilweise miteinander verklebt sind.
Werkzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in der Nähe des Einschnitts (12) einer Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) stellenweise aufgebracht ist.
Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere und untere Deckfläche der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) spanaktiv sind.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) Vlies- oder Filzmaterial aufweist.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) aus einem Träger (15) und einem Materialbearbeitungsbelag (16) besteht.
Werkzeug gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialbearbeitungsbelag (16) aus einem Schleifmittel mit einer Körnung von 35 bis 60 (gemäß ISO 6344) besteht.
Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialbearbeitungsbelag (16) keramische Bestandteile aufweist.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spanaktiven Eigenschaften mindestens zweier Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) sich voneinander unterscheiden.
Werkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) auf einem Stützteller (23) angeordnet sind.
Werkzeug gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) eine lösbare Haft- oder Klettverbindung mit dem Stützteller (23) eingehen.
Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützteller (23) Naturfasern aufweist.
Scheibe (19) oder Ringscheibe (10) zur Verwendung bei einem Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.
Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkzeuges (5, 6, 7, 8 und 9) zur spanenden Bearbeitung von Materialoberflächen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, mit den folgenden Herstellungsschritten: – Einschneiden mehrerer zum Spanen ausgebildeter Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) vom Außenumfang (13) bis zum Mittelpunkt (20) der Scheiben (19) bzw. Innenumfang (14) der Ringscheiben (10). – Vollständiges gegenseitiges Ineinanderschieben der Einschnitte (12) von mindestens zwei Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10). – Aufeinanderzuklappen der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) bis deren Rotationsachsen (17) koaxial zueinander ausgerichtet sind. – Gegenseitiges Verdrehen der sich teilweise überlappenden Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) bis ein Winkelversatz der Einschnitte (12) der jeweils nächsten Scheibe (19) bzw. Ringscheibe (10) gleich 360°/n erreicht ist, wobei n die Anzahl der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges gemäß Anspruch 20, wobei ein Teil der Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) vor dem Ineinanderschieben in Stapel vorsortiert wird und das Ineinanderschieben gemeinsam erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die endgültige Reihenfolge der sich überlappenden Scheiben (19) bzw. Ringscheiben (10) durch die vor dem Ineinanderschieben festgelegte Reihenfolge innerhalb des Stapels bestimmt wird.