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Dokumentenidentifikation DE4323639C2 14.08.1997
Titel Schleifmaschine mit einer Schleifscheibe
Anmelder Könnemann, Gerhard, Dipl.-Ing., 63814 Mainaschaff, DE
Erfinder Könnemann, Gerhard, Dipl.-Ing., 63814 Mainaschaff, DE
Vertreter Pöhner, W., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 97070 Würzburg
DE-Anmeldedatum 15.07.1993
DE-Aktenzeichen 4323639
Offenlegungstag 19.01.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.08.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.08.1997
IPC-Hauptklasse B24B 41/04
IPC-Nebenklasse B24B 45/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifmaschine mit einer Schleifscheibe und einem Aufnahmedorn, der einen zylindrischen oder konischen, der Montage der Schleifscheibe dienenden Schaft aufweist, mit der Abtriebswelle eines Motors verbunden ist, durch ein zwischen dem Schaft und dem Motor angeordnetes Hauptlager an einem Gehäuse fixiert ist, wobei der Motor am Gehäuse befestigt ist und die dem Motor gegenüberliegende Stirnseite des Aufnahmedorns durch ein Gegenlager, das vom Gehäuse lösbar ist, mit dem Gehäuse verbunden ist.

Schleifmaschinen dienen der Oberflächenbearbeitung vornehmlich metallischer Werkstücke durch eine rotierende, zylindrische oder mit einem Profil versehene Schleifscheibe. Um eine hohe Präzision des Werkstückes zu erreichen, ist ein exakter Rundlauf der Schleifscheibe unabdingbar.

Da im Bereich beider Stirnseiten einer Welle gleich hohe Belastungen auftreten, ist es im Maschinenbau üblich, die Welle in der Nähe ihrer beiden Enden in Lagerstellen gleicher Abmessungen, d. h. gleichen Außendurchmessers festzulegen. Die Druckschrift DE- AS 10 54 871 zeigt eine derartige Schleifmaschine, bei der die Schleifscheibe mit einem auf der Welle, also dem Aufnahmedorn, angeordneten Schaft verbunden ist. Beide Lagerstellen sind von gleichem Durchmesser gewählt und mit größeren radialen Abmessungen als der Schaft versehen, so daß zum Auf- und Abziehen der Schleifscheibe eine Demontage mindestens einer Lagerstelle notwendig ist. Da jedoch ein häufiger Wechsel der Schleifscheiben erforderlich ist, ist es offensichtlich, daß sich ein derartiger Aufwand nachteilig ist. Außerdem ist die notwendige Rundlaufgenauigkeit von einigen Mikrometern nicht gewährleistet. Aus diesem Grunde ist es bei konventionellen Schleifmaschinen üblich, den die Schleifscheibe tragenden Aufnahmedorn nur einen Endes zu lagern und die gegenüber liegende Stirnseite freidrehend, d. h. ungelagert zu lassen, um ein unproblematisches Entnehmen und Fixieren der Schleifscheibe zu ermöglichen.

Als nachteilig ist anzusehen, daß aufgrund der fehlenden Abstützung der Schleifscheibe bereits bei geringer Drehzahl ein unrunder Lauf auftritt, der in einer unerwünschten Welligkeit am Werkstück resultiert. Insbesondere Schleifscheiben mit extrem harten Schleifkörnern, die auch unter der Bezeichnung "Super Abrasives" bekannt sind, geraten - bedingt durch die aufgrund der hohen Härte der Schleifkörner minimale Dämpfung - leicht in Schwingungen, die entsprechend der Schwingung in einer mangelnden Präzision und in einer welligen Struktur am Werkstück resultieren. Die aufgrund der mechanischen Eigenschaften bei modernen Schleifmaschinen unproblematisch erreichbaren hohen Drehzahlen haben sich bislang aufgrund der sich dann zunehmend ausbildenden Schwingungen als nicht realisierbar erwiesen.

Ein weiterer Nachteil der niedrigen Drehzahl konventioneller Schleifmaschinen besteht darin, daß sich das Werkstück und die Schleifscheibe aufgrund der Reibung auf eine relativ hohe Temperatur erwärmen. Zur Reduzierung des dadurch bedingten Verschleißes ist häufig eine die Bearbeitungszeit verlängernde Drehzahlerniedrigung erforderlich.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Schleifmaschine so zu gestalten, daß der Aufnahmedorn auch bei höheren Drehzahlen und stärkeren Belastungen schwingungsfrei gelagert und daß ein leichtes und schnelles Auswechseln der Schleifscheibe möglich ist.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß der Außendurchmesser des Gegenlagers kleiner als der Außendurchmesser des Schafts ist und die Schleifscheibe in axialer Richtung auf den Aufnahmedorn aufschiebbar und von ihm entnehmbar ist, nachdem die Verbindung zwischen Gehäuse und Gegenlager gelöst ist.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Aufnahmedorn durch ein auf der dem Motor gegenüberliegenden Stirnseite angeordnetes Gegenlager lösbar mit dem Gehäuse der Schleifmaschine zu verbinden, um einen präzisen, schwingungsfreien Rundlauf zu erreichen. Die axialen und radialen, beim Schleifen auf den Aufnahmedorn wirkenden Belastungen werden durch das Gegenlager auf das Gehäuse übertragen, unerwünschte Schwingungen sind unterbunden. Der Durchmesser des Gegenlagers ist kleiner als der des Schaftes und erlaubt das Aufschieben der Schleifscheibe in axialer Richtung von der Stirnseite des Dorns her, nachdem die Verbindung zwischen dem Gegenlager und dem Gehäuse gelöst wurde.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vornehmlich darin, daß die beim Schleifen entstehenden Kräfte durch das Haupt- und das Gegenlager auf das Gehäuse übertragen werden, so daß eine Verformung des Aufnahmedorns unterbunden ist. Durch die stabilere Lagerung der Schleifscheibe kann mit einer gegenüber konventionellen Schleifmaschinen erhöhten Drehzahl gearbeitet werden, die Geschwindigkeit kann die einer normalen Schleifscheibenanwendung sogar überschreiten. Die für die Bearbeitung eines Werkstücks erforderliche Arbeitszeit ist reduziert und ein Wechsel der Schleifscheibe leicht und schnell möglich. Außerdem ist die Präzision des Resultates aufgrund der reduzierten Schwingungsamplituden verbessert. Da die im Stande der Technik möglichen Schleifgeschwindigkeiten zu einer relativ hohen Temperatur führen, während vergrößerte Schleifgeschwindigkeiten u. a. aufgrund der verbesserten Ventilation eine Reduzierung der Temperatur bewirken, ist der Verschleiß vermindert und die erreichbare Betriebsdauer verlängert.

Aufgrund der durch den Motor bedingten Belastungen ist empfohlen, das Hauptlager mit einem gegenüber dem Gegenlager vergrößerten Durchmesser zu versehen.

Das Gegenlager und/oder das Hauptlager sind, um das Lagerspiel auf ein Mindestmaß herabzusetzen, aus einer Lagerung und einer axial aufschiebbaren Hülse aufgebaut. Die Lagerung besteht aus einer inneren, auf den Aufnahmedorn aufgeschobenen Lauffläche, einer äußeren, von der Hülse umschlossenen Lauffläche und zwischen beiden Laufflächen angeordneten, beispielsweise kugel-, nadel- oder kegelrollenförmigen Wälzkörpern. Die Genauigkeit der Abmessungen der Werkstücke ist verbessert, da der rotationssymmetrische Aufbau des spielarmen Lagers Schwingungen vermeidet.

Weiterhin sind das Gegenlager und/oder das Hauptlager zweckmäßigerweise mit mindestens je zwei Wälzlagern aufgebaut, wobei sich vorzugsweise die Anlaufwinkel aller Wälzlager unterscheiden. Bei einem Kugellager beschreibt der Anlaufwinkel den Winkel zwischen dem Radius des Aufnahmedorns und der Geraden, die die Auflagepunkte einer Kugel auf ihren Laufflächen verbindet. Finden Rollen- oder Nadellager Verwendung, beschreibt der Anlaufwinkel analog die Neigung der Achse der Wälzkörper gegenüber der Achse des Aufnahmedorns. Da die Resonanzfrequenz eines Lagers vom Anlaufwinkel abhängt, reduziert, falls ein Wälzlager in eine Resonanz gerät, jeweils das andere Wälzlager die Amplitude, da es nicht schwingt. Der Effekt kann durch eine gezielte Auswahl der Schmiegungshüllenkurven, d. h. der Form der Laufflächen noch verstärkt werden.

Um eine insbesondere in axialer Richtung spielfreie Rotation zu ermöglichen, ist bevorzugt, daß die Anlaufwinkel der beiden, im Gegenlager und/oder Hauptlager angeordneten Wälzlager gegeneinander orientiert sind, d. h. daß die Beträge der Anlaufwinkel gleich, die Vorzeichen jedoch unterschiedlich sind.

Eine spielfreie Lagerung ist dadurch realisierbar, daß die beiden, im Gegenlager und/oder Hauptlager angeordneten Wälzlager vorgespannt sind.

Weiterhin ist empfohlen, zwischen dem Gegenlager und dem Hauptlager auf dem Aufnahmedorn zusätzliche, mit jeweils unterschiedlichen Anlaufwinkeln versehene Lager anzuordnen und mit dem Gehäuse zu verbinden. Das Ergebnis ist eine spielfrei vorgespannte Lagerung des Aufnahmedorns und - da sich die Resonanzfrequenzen der einzelnen Lager aufgrund der unterschiedlichen Anstellwinkel und/oder Abmessungen unterscheiden - eine minimale Schwingungsamplitude. Außerdem können die Schmiegungen der Laufflächen jeweils unterschiedlich ausgeführt werden. Gerät ein Lager aufgrund der Schwingungen des Aufnahmedorns in eine Resonanz, wird sie somit durch die benachbarten Lager absorbiert. Verwendet man nur vorgespannte Lager, ist die verbleibende Schwingungsintensität minimal.

Um die Schleifscheibe einfach und schnell fixieren zu können, ist empfohlen, daß der Aufnahmedorn mit einer umlaufenden Anlegeschulter versehen ist. Nach dem Aufsetzen auf den Schaft wird die Schleifscheibe an die Anlegeschulter geschoben und fixiert, wobei ihre Position unverschiebbar festgelegt ist.

Da Kühlwasser oder von der Schleifscheibe abgelöste Körner in die Lager eindringen und ihre Funktion beeinträchtigen können, ist bevorzugt, daß die Lager gekapselt und/oder mit Überdruck beaufschlagt sind. Eine Kapselung kann beispielsweise durch eine Labyrinthdichtung erfolgen, während sich die in fast jeder Werkstatt vorhandene Druckluft sehr gut eignet, das Eindringen unerwünschter Partikel zu verhindern.

Bei einem Lagerschaden oder einem anderen Defekt des Aufnahmedorns bzw. der Schleifscheibe entstehen möglicherweise größere Beschädigungen der einzelnen Elemente oder des Motors der Schleifmaschine. Auch nach einer längeren Betriebszeit können sich die Abmessungen einiger Elemente durch Wärmedehnung bedingt verändern. Um das Gerät in einem derartigen Fall schnell abschalten zu können, ist ein Sensor in der Nähe des Aufnahmedorns angeordnet und löst ein vorzugsweise hochfrequentes optisches und/oder akustisches Signal aus, falls die Exzentrizität des Aufnahmedorns einen festgelegten Schwellenwert überschreitet. Alternativ kann eine selbsttätige Abschaltung des Motors erfolgen, um Folgeschäden zu verhindern. Zur Positionierung des Werkstückes ist ein weiterer Sensor empfohlen, der ein Signal auslöst, falls die Schleifscheibe das Werkstück berührt.

Im speziellen eignen sich als Schleifscheiben auch Diamantrollen oder aus ultrahartem Material hergestellte.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird.

Sie zeigt in schematischer Darstellung einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Schleifmaschine.

Der Aufnahmedorn (1) ist mit einem der Montage der Schleifscheibe (2) dienenden Schaft (3) versehen, wird durch einen Motor (4) angetrieben und ist durch das Hauptlager (5) sowie das Gegenlager (6) mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse verbunden. Der Außendurchmesser des Gegenlagers (6) ist kleiner als der Innendurchmesser der Schleifscheibe (2), um sie in axialer Richtung über die Stirnseite des Aufnahmedorns aufsetzen und entnehmen zu können, nachdem die Verbindung zwischen dem Gegenlager (6) und dem Gehäuse gelöst ist. Das Hauptlager (5) ist, da es durch den Motor (4) einer höheren Belastung ausgesetzt ist, größer als das Gegenlager (6) dimensioniert. Beide Lager (5, 6) bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer inneren (9) und einer äußeren Lauffläche (8), zwischen denen zwei mit Lagerkugeln gefüllte Kugelbahnen umlaufen. Der Außendurchmesser der äußeren Lauffläche (8) entspricht dem Innendurchmesser einer aufgeschobenen, mit dem Gehäuse verbundenen Hülse (7). Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, sind die Anlaufwinkel beider in einem Lager (5,6) zusammengefaßter Kugellager gegeneinander orientiert, d. h. ihre Anlaufwinkel weisen ähnliche Beträge, jedoch unterschiedliche Richtungen auf. Die Schleifscheibe (2) liegt an einer umlaufenden Anlegeschulter (11) an. Ein Sensor (12) aktiviert eine Warneinrichtung, falls die Exzentrizität des Aufnahmedorns (1) einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.

Im Ergebnis erhält man eine Schleifmaschine, das stark reduzierte Schwingungsamplituden aufweist, einen Schleifvorgang bei einer gegenüber konventionellen Geräten erhöhten Drehzahl ermöglicht und einen schnellen und einfachen Wechsel der Schleifscheibe gestattet.


Anspruch[de]
  1. 1. Schleifmaschine mit einer Schleifscheibe und einem Aufnahmedorn, der einen zylindrischen oder konischen, der Montage der Schleifscheibe dienenden Schaft aufweist, mit der Abtriebswelle eines Motors verbunden ist, durch ein zwischen dem Schaft und dem Motor angeordnetes Hauptlager an einem Gehäuse fixiert ist, wobei der Motor am Gehäuse befestigt ist und die dem Motor gegenüberliegende Stirnseite des Aufnahmedorns durch ein Gegenlager, das vom Gehäuse lösbar ist, mit dem Gehäuse verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß

    der Außendurchmesser des Gegenlagers (6) kleiner als der Außendurchmesser des Schafts (3) ist

    und die Schleifscheibe (2) in axialer Richtung auf den Aufnahmedorn (1) aufschiebbar und von ihm entnehmbar ist, nachdem die Verbindung zwischen Gehäuse und Gegenlager (6) gelöst ist.
  2. 2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptlager (5) einen größeren Durchmesser als das Gegenlager (6) aufweist.
  3. 3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (6) und/oder das Hauptlager (5) aus einer Lagerung und einer axial aufschiebbaren Hülse (7) aufgebaut ist, daß die Lagerung aus einer inneren (9) und einer äußeren Lauffläche (8) und zwischen den Laufflächen (8, 9) angeordneten Wälzkörpern (10) zusammengesetzt ist, daß die innere Lauffläche (9) auf den Aufnahmedorn (1) aufgeschoben ist und daß der Außendurchmesser der äußeren Lauffläche (8) gleich dem Innendurchmesser der Hülse (7) ist.
  4. 4. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (6) und/oder das Hauptlager (5) mindestens je zwei Wälzlager aufweist, wobei sich vorzugsweise die Anlaufwinkel aller Wälzlager voneinander unterscheiden.
  5. 5. Schleifmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufwinkel der Wälzlager des Hauptlagers (5) und/oder des Gegenlagers (6) gegeneinander orientiert sind.
  6. 6. Schleifmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager des Hauptlagers (5) und/oder des Gegenlagers (6) gegeneinander vorgespannt sind.
  7. 7. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Lager zwischen dem Gegenlager (6) und dem Hauptlager (5) auf dem Aufnahmedorn (1) angeordnet und mit dem Gehäuse verbunden sind und daß sich die Anlaufwinkel aller Lager unterscheiden, wobei vorzugsweise alle Lager vorgespannt sind.
  8. 8. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmedorn (1) mit einer umlaufenden Anlegeschulter (11) versehen ist, an der die Schleifscheibe (2) anliegt.
  9. 9. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptlager (5) und/oder das Gegenlager (6) gekapselt und/oder mit Überdruck, z. B. Druckluft, beaufschlagt sind.
  10. 10. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (12) in der Nähe des Aufnahmedorns (1) angeordnet ist und ein vorzugsweise hochfrequentes optisches und/oder akustisches Signal auslöst, falls die Exzentrizität des Aufnahmedorns (1) einen festgelegten Schwellenwert überschreitet und/oder die Schleifscheibe (2) das Werkstück berührt.
  11. 11. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe eine Diamantrolle oder aus ultrahartem Material wie CBN ist.






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