DE3937180A1 - Schleifwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug mit einem hochharten, in einzelne durch Zwischenräume beabstandete Belagflächen unterteilten Belag, der auf einem Schleifkörper aufgebracht ist.

Sowohl bei der Formgebung von Werkstücken als auch bei deren Oberflächenbearbeitung hat sich das Schleifen als ein besonders leistungsstarkes Verfahren zur Bearbeitung unterschiedlicher Materialien erwiesen. In der jüngeren Vergangenheit ist es durch die Entwicklung neuer synthetischer Werkstoffe als Ausgangs­ material für Schleifkörner, zu einer erheblichen Steigerung hinsichtlich der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Schleif­ körpern gekommen. Die jüngste Entwicklung auf diesem Gebiet führte zur Herstellung von kubischem Bornitrid (CBN), einem Werkstoff, der nach Diamant die größte Härte, aufgrund seiner größeren Zähigkeit jedoch ein günstigeres Verschleißverhalten aufweist. Jedoch auch beim Einsatz von Schleifkörpern, die mit dem neuen hochharten CBN-Korn belegt sind, treten beim Schleifen Probleme auf, die sich sowohl nachteilig auf die Wirtschaftlich­ keit des Einsatzes von CBN-Schleifkörpern als auch auf die erreichbare Bearbeitungsqualität auswirken.

Bei der Verwendung konventionell gestalteter Schleifkörper kommt es häufig zu Zusetzungen der Belagfläche, die eine aufwendige in situ-Reinigung des eingesetzten Schleifwerkzeuges - etwa durch einen Hochdruckreiniger - notwendig machen. Infolge der um­ fangsparallelen Anordnung des Belages auf dem Schleifkörper können, insbesondere bei einer einschichtigen Bindung der Körner, die Körner nicht aufgebraucht werden, ohne daß es zu einem schädlichen Kontakt zwischen Schleifkörper und Werkstück kommt. Dies führt zu einer an sich nicht notwendigen Erhöhung der Bearbeitungskosten, die besonders bei einer Belegung des Schleifkörpers mit dem teuren CBN-Korn erhebliche Ausmaße annehmen kann.

Bei einer einschichtigen Bindung zwischen Schleifkörnern und Schleifkörper kommt es infolge der Abnutzung der Schleifkörner zu einem ansteigenden Leistungsbedarf, der zu einer Erhöhung der Betriebskosten beiträgt. Die im wesentlichen gleichmäßige Abnu­ tzung der Schleifkörner wirkt sich natürlich auch nachteilig auf die beim Schleifen erzielbare Oberflächenqualität aus. Ein konstanter Qualitätsstandard ist mit konventionell gestalteten Schleifwerkzeugen nicht erzielbar, da mit dem Abstumpfen der Schleifkörner auch die Oberflächengüte beim Werkstück abnimmt.

Besondere bei einschichtig belegten Schleifkörpern müssen enge Toleranzen bezüglich der Rundlaufeigenschaften von Schleifschei­ ben oder dem Planlauf von Teller- oder Topfscheiben eingehalten werden, um einer Verkürzung der Lebensdauer der Schleifscheibe infolge ungleichmäßiger Abnutzung entgegenzuwirken. Der hiermit verbundene Aufwand bei der Herstellung der Schleifwerkzeuge schlägt sich in einem erhöhten Verkaufspreis für einschichtig belegte Schleifkörper nieder.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, daß sich durch ein kostengünstiges Betriebsverhalten sowie einem von der Abnutzung des Schleifwerkzeuges unabhängigen Schleifergebnis gleichbleibender Qualität auszeichnet und durch eine mögliche Ausdehnung der Herstellungstoleranzen eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch eine neuartige Anordnung der Belagflächen von Schleifwerkzeugen auf einfache Art und Weise sowohl eine Verbesserung des Betriebsverhaltens als auch des Schleifergebnisses zu erreichen. Hierzu wird von der bei konventionellen Schleifwerkzeugen bekannten umfangsparallelen bzw. in einer Ebene angeordneten Belegung des Schleifkörpers mit Schleifkörnern abgewichen und eine Belegung von Schleifkörper­ teilflächen gewählt, die eine zur Schleifebene geneigte Flächen­ orientierung aufweisen.

Die Folge dieser Relativneigung der Belagflächen ist, daß der Kontaktbereich zwischen dem Schleifbelag des Schleifwerkzeuges und dem Werkstück reduziert wird auf die Querschnitte der jeweils längs einer Kontaktlinie zwischen den Belagflächen und dem Werkstück eingreifenden Schleifkörner. Durch die Reduzierung der Anzahl der im Eingriff befindlichen Schleifkörner wird eine Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung erreicht. Die Antriebsleistung nimmt auch mit Abnutzung des Schleifwerkzeuges nicht zu, da aufgrund der geneigten Belagflächen kontinuierlich neue, spitze Schleifkörner in die Werkstückoberfläche eingreifen. Zudem sind hierdurch die erzielbaren Schleifergebnisse unabhängig von der Abnutzung des Schleifwerkzeuges, also von gleichblei­ bender Qualität. Infolge der relativen Neigung der Belagflächen ergibt sich, insbesondere bei einschichtiger Belegung des Schleifkörpers, ein hoher Ausnutzungsgrad der Schleifkörner, da bis auf eine geringe Restbelegung der Belagflächen die einzelnen Schleifkörner vollständig aufgebraucht werden können.

Die relativ kleinen Kontaktbereiche zwischen den Belagflächen und dem Werkstück sorgen zusammen mit der Zwischenräume aufweisenden Anordnung der geneigten Belagflächen dafür, daß es auch ohne ein aufwendiges kontinuierliches Reinigungsverfahren zu keiner Zusetzung der Belagflächen kommt. Die beim Schleifvorgang anfallenden Schleifspäne werden in die Zwischenräume abtranspor­ tiert und aus diesen hinausgeschleudert.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Neugestaltung des Schleif­ werkzeuges ist es nunmehr möglich, auf die Einhaltung besonders enger Toleranzen bezüglich des Rundlauf- bzw. Planlaufverhaltens des Schleifwerkzeuges zu verzichten. Die gegenüber der Schleif­ ebene geneigte Anordnung der Belagflächen ermöglicht eine einfache Korrektur von Form- und Lagefehlern des Schleif­ werkzeuges durch nachträgliches Abziehen, ohne daß hiermit die bisher bei einer ebenen oder umfangsparallelen Anordnung des Schleifbelags in Kauf zu nehmende erhebliche Lebensdauereinbuße des Schleifwerkzeuges verbunden wäre.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Belagflächen auf den Flanken der Verzahnung einer Schleifscheibe angeordnet. Hierdurch sind die Vorteile der gegenüber der Schleifebene geneigten Belagflächen direkt bei der Verwendung von Schleif­ scheiben, wie sie z. B. zum Umfangsrund- bzw. Flachschleifen Verwendung finden, nutzbar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schleifwerkzeuges ist die Verzahnung aus rechteckförmigen Zähnen zusammengesetzt, wobei die Belagflächen an den Flanken der Zähne angeordnet sind. Die rechteckförmige Ausführung der Zähne ermöglicht eine möglichst einfache Gestaltung der Verzahnung, wobei die Breite der Zahnzwischenräume unabhängig von der Abnutzung des Schleif­ werkzeuges im wesentlichen konstant bleibt. Vorzugsweise weisen die Belagflächen eine einschichtige Belegung mit Schleifkörnern auf, wodurch eine kostengünstige Herstellung der Schleifscheibe ermöglicht wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bestehen die Schleifkör­ ner der Belagflächen aus kubischem Bornitrit (CBN) und sind in einer galvanischen Bindung ab- und mit dem Schleifkörper verbunden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Schleif­ werkzeuges ist die Verzahnung aus dreieckförmigen Zähnen zusammengesetzt. Die dreieckförmige Gestaltung ermöglicht es, die relative Neigung der Belagflächen entsprechend dem gewünschten Eingriffswinkel festzulegen. Darüber hinaus führt die dreieck­ förmige Gestaltung zu einer erhöhten Zahnfußfestigkeit.

Vorteilhafterweise sind bei einem Ausführungsbeispiel des Schleifwerkzeuges die Flanken der Verzahnung mit einer konvexen Wölbung versehen. Vorzugsweise so, daß die Verzahnung ein Evolventenprofil aufweist. Hierdurch ist es möglich, die Schleifscheibe im Wälzschleifverfahren zur Zahnradherstellung einzusetzen.

Um das Schleifwerkzeug auch zum Profilschleifen einsetzen zu können, weisen die Zähne der Verzahnungen einen dem Einsatzzweck entsprechenden Profilquerschnitt auf.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schleifscheibe mit einer aus rechteckförmigen Zähnen zusammengesetzten Verzahnung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung der Schleifscheibe nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine Teildarstellung einer Schleifscheibe mit einer dreieckförmigen Verzahnung in Seitenansicht,

Fig. 4 eine Teildarstellung einer Schleifscheibe mit konvex gewölbten Zahnflanken,

Fig. 5 eine Teildarstellung einer Schleifscheibe mit Zahnflanken unterschiedlicher Neigung, und

Fig. 6 eine als Tellerscheibe ausgeführte Schleifscheibe in Schnittdarstellung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Schleifscheibe 1 mit einer aus rechteckförmigen Zähnen 2, 3 und 4 zusammengesetzten Verzahnung 5. Zur Befestigung der Schleifscheibe 1 auf einer hier nicht dargestellten Werkzeugwelle einer Arbeitsmaschine dient eine Bohrung 6.

Der in Fig. 2 vergrößert dargestellte Teilausschnitt der Verzahnung 5 der Schleifscheibe 1 zeigt deutlich eine jeweils gegenüberliegende Anordnung von Belagflächen 7, 8; 9, 10; 11, 12 an zueinander parallelen Flanken 13, 14; 15, 16; 17, 18 der Zähne 2, 3 und 4. Die Belagflächen 7 bis 12 erstrecken sich von einem Kopfkreis 19 bis zu einem Fußkreis 20 der Verzahnung 5, woher die jeweils benachbarten Belagflächen 8, 9 und 10, 11 durch ihren Abstand voneinander Zwischenräume 21, 22 bilden.

Die Zwischenräume 21, 22 dienen zum einen der Aufnahme des während des Schleifvorgangs anfallenden Schleifgutes, zum anderen ist durch die gezielte Einbringung von Kühlmittel in die Zwischenräume 21, 22 eine vorteilhafte Begrenzung der auftreten­ den Schleiftemperaturen möglich, so daß auch bei schwer zerspan­ baren Materialien, wie z. B. Titan- oder Chromlegierungen, eine gute Schleifleistung erzielbar ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Belagflächen 7 bis 12 aus einschichtig, nämlich galvanisch, mit einem die Schleifscheibe 1 bildenden Schleifkörper 23 verbundenen Schleifkörnern 24 aus kubischem Bornitrit (CBN) gebildet. Infolge der zur Schleifebene im wesentlichen senkrechten Orientierung der Belagflächen 7 bis 12 ist sichergestellt, daß auch nach Kor­ rekturen größerer Rundlaufabweichungen der Schleifscheibe 1 eine ausreichende Belaghöhe H verbleibt. Selbst nach einer Korrektur, die ein Vielfaches des mittleren Korndurchmessers der Schleifkör­ ner 24 beträgt, ist bei entsprechender Dimensionierung der Flanken 13 bis 18 ein nur verschwindend geringer relativer Belaghöhenverlust gegeben.

Das aus dieser Anordnung der Belagflächen 7 bis 12 resultierende große Verhältnis zwischen Belaghöhe H und mittlerem Korndurch­ messer der Schleifkörner 24 ermöglicht auch den Einsatz eines extrem feinen Korns, wie es bei einem konventionellen einschich­ tigen Schleifbelag wegen der damit verbundenen geringen Korrek­ turmöglichkeiten von Rundlauffehlern nicht möglich ist.

Beim eigentlichen Schleifvorgang erfolgt der Kontakt zwischen den Belagflächen 7 bis 12 und dem hier nicht näher dargestellten Werkstück lediglich längs der auf den Kopfkreis 19 angeordneten Belagrändern 25 bis 30. Die Anzahl der hierbei mit der Werkstück­ oberfläche im Eingriff befindlichen Belagränder richtet sich zum einen nach der Teilung der Verzahnung 5, zum anderen nach dem Durchmesser der Schleifscheibe 1. Durch die Relativbewegung zwischen den beim Schleifvorgang anfallenden Schleifspänen und der Schleifscheibe 1 kommt es zu konkaven Einbuchtungen 31, 32, 33 der Zähne 2, 3, 4 im Bereich des Kopfkreises 19. Hierdurch ist sichergestellt, daß sich der Kontakt zwischen der Schleifscheibe 1 und der Werkstückoberfläche tatsächlich nur längs der Belag­ ränder 25 bis 30 ausbildet. Zusammen mit der schon erwähnten direkten Einbringung von Kühlmittel in die Zwischenräume 21, 22 wirkt sich dieser Umstand reduzierend auf die beim Schleifen auftretenden Temperaturen aus.

Wird die Schleifscheibe 1 zum Profilschleifen eingesetzt, so kommen natürlich neben den horizontal verlaufenden Belagrändern 25 bis 30 auch die vertikalen Belagränder 78 bis 83 mit der Werkstückoberfläche in Kontakt. Hierbei ist infolge der ein­ schichtigen Belegung der relativ zur Schleifebene geneigten Belagflächen 7 bis 12 die Profilhaltigkeit durch einfaches und schnelles Abziehen jederzeit zu gewährleisten. Durch eine entsprechende Profilierung der Zähne 2, 3, 4 sind sämtliche Profilschliffe möglich.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen in schematischer Darstellung verschiedene Verzahnungsvarianten. Fig. 3 zeigt eine aus dreieckförmigen Zähnen 53, 54, 55 zusammengesetzte Verzahnung 34, bei der die Neigung von Belagflächen 59 bis 64 je nach Gestaltung der Zähne 53, 54, 55 einstellbar ist.

Fig. 4 zeigt die mögliche Gestaltung einer Verzahnung 41 mit konvex gewölbten Belagflächen 42 bis 47. Die in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel evolventenförmig verlaufenden Belagflächen 42 bis 47 eignen sich in besonderer Weise zur Herstellung von Zahnrädern im Wälzschleifverfahren.

Die schließlich in Fig. 5 dargestellte Variante einer Verzahnung 48 ist mit ungleich geneigten Flanken 49, 50 versehen.

Natürlich ist es auch möglich, bei Bedarf die Belagflächen bei diesem, wie auch den anderen Ausführungsbeispielen zusätzlich relativ zur Schleifwerkzeugachse zu neigen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein als Tellerscheibe 52 ausgeführtes Schleifwerkzeug, das eine aus Zähnen 56, 57, 58 zusammengesetzte Verzahnung 65 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sämtliche Flanken 72 bis 77 der Zähne 56 bis 58 mit Belagflächen 66 bis 71 versehen, die hier senkrecht zur Schleifebene an­ geordnet sind. Die so ausgeführte Tellerscheibe 52 ermöglicht die vorteilhafte Anordnung von zur Schleifebene geneigten Belagflächen 66 bis 71, etwa bei der Verwendung eines Schleif­ werkzeuges zum Planschleifen. Natürlich ist neben der Tel­ lerscheibe 52 auch bei sämtlichen anderen Schleifkörperformen die Anordnung von geneigten Belagflächen denkbar und nicht auf die hier dargestellten Schleifkörper beschränkt. Auch ist der Einsatz von Schleifwerkzeugen, die mit relativ zur Schleifebene geneigten Belagflächen versehen sind, nicht auf einen rotierenden Antrieb der Schleifwerkzeuge beschränkt. So ist etwa beim Honen oder beim sägeartigen Einsatz von Schleifwerkzeugen selbstverständlich ein oszillierender oder auch ein mehrachsig überlagerter Antrieb entsprechender Schleifwerkzeuge möglich. Die Gestaltung der Verzahnungen, die bei Bedarf sogar unregelmäßig ausgeführt sein können, ist natürlich auch nicht auf die dargestellten Ausführun­ gen beschränkt. Die bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Schleifscheibe 1 verwendete einschichtige, galvanische Bindung zur Belegung des Schleifkörpers mit Schleif­ körnern steht natürlich auch nur exemplarisch für andere mögliche Bindungstypen, wie keramische, Kunstharz- oder chemische Bindungen sowohl in einschichtiger als auch in mehrschichtiger Ausführung. Die Austauschbarkeit des Werkstoffs CBN gegen andere hochharte, abrasive Kornwerkstoffe wie Diamant, PKD oder PKB steht ebenfalls außer Frage.

Claims (9)

1. Schleifwerkzeug mit einem hochharten, in einzelne durch Zwischenräume beabstandete Belagflächen unterteilten Belag, der auf einem Schleifkörper aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Belagflächen (7 bis 12; 42 bis 47, 49 bis 64; 66 bis 71) jeweils eine zur Schleifebene geneigte Flächenorientierung aufweisen.

2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1; dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Belagflächen (7 bis 12; 42 bis 47, 59 bis 64; 66 bis 71) auf Flanken (13 bis 18; 35 bis 40; 49, 50; 72 bis 77) einer Verzahnung (5, 34, 41, 48, 65) einer Schleifscheibe (1) angeordnet sind.

3. Schleifwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (5) aus rechteckförmigen Zähnen (2, 3, 4) zusammengesetzt ist, wobei die Belagflächen (7 bis 12) an den Flanken (13 bis 18) der Zähne (2, 3, 4,) angeordnet sind.

4. Schleifwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Belagflächen (7 bis 12) aus in einer einschichtigen Bindung angeordneten Schleifkörnern (24) aufgebaut sind.

5. Schleifwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schleifkörner (24) aus kubischem Bornitrid (CBN) bestehen und, abgebunden in einer galvanischen Bindung, mit dem Schleifkörper (23) verbunden sind.

6. Schleifwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzahnung (34) aus dreieckförmigen Zähnen (53, 54, 55) zusammengesetzt ist.

7. Schleifwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flanken (35 bis 40) der Verzahnung (41) eine konvexe Wölbung aufweisen.

8. Schleifwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzahnung (41) ein Evolventenprofil aufweist.

9. Schleifwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zähne (2 bis 4; 53 bis 55; 56 bis 58) der Verzahnung (5, 34, 41, 48, 65) einen dem Einsatzzweck angepaßten Profilquerschnitt aufweisen.