DE69801943T2 - Grinding wheel and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifscheibe zum Schleifen von Materialien, die einen Träger aufweist, der mit Segmenten versehen ist, welche ein Schleifmaterial und ein Beschichtungsbindemittel enthalten.The present invention relates to a grinding wheel for grinding materials, which has a carrier provided with segments containing an abrasive material and a coating binder.
Schleifwerkzeuge weisen die verschiedensten Formen und Abmessungen auf, die auf einen großen Anwendungsbereich abgestimmt sind.Grinding tools come in a wide variety of shapes and dimensions, tailored to a wide range of applications.
Historisch würden sie auf Grundlage von Schleifteilchen (Aluminiumoxid, Siliziumkarbid usw.) entwickelt, die in organischen oder keramischen Bindemitteln eingebettet sind.Historically, they were developed based on abrasive particles (aluminium oxide, silicon carbide, etc.) embedded in organic or ceramic binders.
Da diese Art von Werkzeug sehr großem Verschleiß ausgesetzt ist, sind Schleifscheiben entwickelt worden, die aus in einem Beschichtungsbindemittel eingepreßten Diamantkornsegmenten bestehen, die durch Schweißen, Löten oder mechanische Befestigung mit einem metallischen Träger verbunden sind, oder auch Schleifscheiben, die durch Direktsinterung des die Diamantkörner an den metallischen Körper des Werkzeugs pressenden Beschichtungsbindemittels erhalten werden. Es gibt zahlreiche Einsätze dieser Werkzeuge unter großzügiger Spülung, die der Kühlung des Werkzeugs und der Gewährleistung des Abführens des abgeschliffenen Materials dient.Since this type of tool is subject to very high wear, grinding wheels have been developed consisting of diamond grain segments pressed into a coating binder and connected to a metal support by welding, soldering or mechanical fastening, or grinding wheels obtained by direct sintering of the coating binder which presses the diamond grains onto the metal body of the tool. There are numerous uses for these tools with generous flushing, which serves to cool the tool and ensure the evacuation of the ground material.
Bei Trockenschleifen muß der durch den Vorgang losgelöste Staub nach seiner Entstehung abgeführt werden. Somit werden die Zusetzung der aktiven Fläche der Scheibe und die Verminderung der Leistung sowie die abträglichen Aufheizungen, die sich daraus ergeben, vermieden.When dry grinding, the dust released during the process must be removed as soon as it is created. This prevents the active surface of the disc from becoming clogged, reducing performance and causing harmful heating.
Dazu sind Saug- oder Blasvorrichtungen vorgesehen, die aber nicht immer ihrer Aufgabe erfüllen.Suction or blowing devices are provided for this purpose, but they do not always fulfil their purpose.
Diamantschleifscheiben sind für tragbare Maschinen, die von einem Bediener betätigt werden, entwickelt worden. Diese Werkzeuge sind allgemein scheibenförmig und bestehen aus einem Träger, der einen ringförmigen Umfangsbereich, einen konischen Mittelbereich und einen scheibenförmigen Innenbereich aufweist. Ringsektorförmige Schleifsegmente sind um den äußeren Umfang des Umfangsbereichs befestigt. Diese Segmente können in einer einzigen kreisförmigen Reihe oder in zwei oder mehreren konzentrischen Reihen angeordnet sein. Im Träger ausgebildete Öffnungen gestatten einen Zwangsluftstrom zum Kühlen der Schleifsegmente im Betrieb und die Abführung der Schleifspäne und des Schleifstaubs.Diamond grinding wheels have been developed for portable machines operated by an operator. These tools are generally disc-shaped and consist of a carrier having an annular peripheral region, a conical central region and a disc-shaped inner region. Annular sector-shaped grinding segments are mounted around the outer periphery of the peripheral region. These segments may be arranged in a single circular row or in two or more concentric rows. Openings formed in the carrier allow forced air flow to cool the grinding segments during operation and to remove grinding chips and dust.
Die eine einzige Segmentreihe enthaltenden Scheiben führen zu einer intermittierenden Schleifarbeit und einer Riefen aufweisenden geschliffenen. Oberfläche. Eine gute Anlage des Schleifwerkzeugs an der zu bearbeitenden Oberfläche ist nur schwer zu realisieren.The discs containing a single row of segments result in intermittent grinding work and a ground surface with grooves. It is difficult to achieve a good contact between the grinding tool and the surface to be machined.
Die zwei oder mehr Segmentreihen enthaltenden Scheiben gestatten eine bessere Anlage des Schleifwerkzeugs und führen zu einer gleichmäßigeren Schleifarbeit. Diese Werkzeuge sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß sich die Kühlung und die Abführung der Schleifspäne und des Schleifstaubs aufgrund der die Luftzirkulation behindernden Hindernisse nur schwer realisieren lassen.The discs containing two or more rows of segments allow for better positioning of the grinding tool and lead to more uniform grinding work. However, these tools have the disadvantage that cooling and removal of grinding chips and grinding dust are difficult to achieve due to obstacles that hinder air circulation.
Die JP-A-58192759 beschreibt eine Schleifscheibe, die mit kreisbogenförmigen Segmenten versehen ist, welche an einer durchbrochenen, am hinteren Teil durch Verstärkungsplatten versteiften Scheibe angebracht sind. Die Segmente weisen vom Inneren der Scheibe bis zu ihrem Umfang eine gleichmäßige Breite auf, woraus sich ein ungleichmäßiger Verschleiß ergibt.JP-A-58192759 describes a grinding wheel provided with circular arc-shaped segments which are attached to a perforated disc which is stiffened at the rear by reinforcing plates. The segments have a uniform width from the inside of the disc to its circumference. which results in uneven wear.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der obenerwähnten Nachteile auf einfache und wirksame Weise.The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages in a simple and effective manner.
Dieses Ziel wird durch eine Schleifscheibe nach Anspruch 1 und ein Schleifsegment nach Anspruch 4 erreicht.This object is achieved by a grinding wheel according to claim 1 and a grinding segment according to claim 4.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schleifscheibe, die aus einem Träger besteht, der einen ringförmigen Umfangsbereich, einen konischen Mittelbereich und einen scheibenförmigen zentralen Bereich aufweist. Der Umfangsbereich ist mit Schleifsegmenten versehen. Öffnungen, die das Ansaugen oder Einblasen, von Luft gestatten, sind, in diesem Umfangsbereich ausgebildet. Die Schleifsegmente sind im wesentlichen "L"- oder dachförmig und weisen einen Schenkel, der sich im wesentlichen entlang dem Umfang der Scheibe erstreckt, und einen Schenkel, der sich im wesentlichen vom Umfang zur Mitte der Scheibe erstreckt, auf, Die aktive Fläche der Segmente vergrößert sich vom Inneren der Scheibe zu ihrem Umfang hin. Die besagten "L"-förmigen oder dachförmigen Segmente können die verschiedensten Formen, Krümmungen und Breiten aufweisen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Es wird bevorzugt, daß die Schleifsegmente schaufelförmig sind und das Profil dieser Schaufel so festgelegt wird, daß bei Drehung der Scheibe die angesaugte oder eingeblasene Luft mit einer absoluten Geschwindigkeit entlang den Radien der Scheibe strömt, wodurch die Zirkulation dieser Luft erleichtert wird. Dazu weisen die Schleifsegmente vorteilhafterweise ein Profil in Form einer Fermatschen Spirale auf. Die Schleifsegmente können Diamantkörner und ein Beschichtungsbindemittel enthalten.The subject of the invention is a grinding wheel consisting of a support having an annular peripheral region, a conical central region and a disk-shaped central region. The peripheral region is provided with grinding segments. Openings that allow air to be sucked in or blown in are formed in this peripheral region. The grinding segments are essentially "L" or roof-shaped and have a leg that extends essentially along the circumference of the wheel and a leg that extends essentially from the circumference to the center of the wheel. The active area of the segments increases from the inside of the wheel to its circumference. The said "L"-shaped or roof-shaped segments can have a wide variety of shapes, curvatures and widths without leaving the scope of the invention. It is preferred that the grinding segments are blade-shaped and that the profile of this blade is set so that when the disk rotates, the air sucked in or blown in flows at an absolute speed along the radii of the disk, thereby facilitating the circulation of this air. To this end, the grinding segments advantageously have a profile in the form of a Fermat spiral. The grinding segments can contain diamond grains and a coating binder.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, in which Reference is made to the attached figures. They show:
- Fig. 1 eine Vorderansicht einer- Fig. 1 a front view of a
Schleifscheibe nach dem Stand der Technik;Grinding wheel according to the state of the art;
- Fig. 2 eine Seitenansicht einer tragbaren Schleifmaschine;- Fig. 2 is a side view of a portable grinding machine;
- Fig. 3 die nach dem Schleifen mittels der in Fig. 1 dargestellten Schleifscheibe erhaltene Oberflächenbeschaffenheit;- Fig. 3 shows the surface finish obtained after grinding using the grinding wheel shown in Fig. 1;
- Fig. 4, 5 und 6 ähnliche Ansichten wie die Fig. 1, 2 und 3, beziehen sich aber auf eine andere Schleifscheibenform nach dem Stand der Technik;- Fig. 4, 5 and 6 are similar views to Fig. 1, 2 and 3, but refer to a different grinding wheel shape according to the prior art;
- Fig. 7 zur Hälfte eine erfindungsgemäße Schleifscheibe in Vorderansicht;- Fig. 7 shows half of a grinding wheel according to the invention in front view;
- Fig. 8 eine kavalierperspektivische, auseinandergezogene Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Schleifscheibe;- Fig. 8 is a cavalier perspective, exploded view of a part of a grinding wheel according to the invention;
- Fig. 9 schematisch die Art und Weise der Bestimmung der optimalen Form eines Schleifsegments.- Fig. 9 schematically shows the method of determining the optimal shape of a grinding segment.
Fig. 1 zeigt eine Schleifscheibe 2 nach dem Stand der Technik, die aus einem Träger besteht, der einen ringförmigen Umfangsbereich 4, einen konischen Mittelbereich 6 und einen scheibenförmigen Innenbereich 8 aufweist. Diese drei Bereiche sind um die gleiche Achse herum zentriert. Ringsektorförmige Schleifsegmente 10 sind auf der Fläche des ringförmigen Umfangsbereichs 4 um dessen äußeren Umfang herum angeordnet. Durch den Träger hindurch sind Luftdurchlaßöffnungen 12 ausgebildet. Diese Öffnungen 12 können im konischen Mittelbereich 6 ausgebildet sein, und durch diese Öffnungen 12 wird eine Zwangsluftzirkulation hergestellt, die eine Kühlung der Schleifsegmente 10 und die Abführung der (des) durch das Schleifen entstehenden Schleifspäne und Schleifstaubs gestattet.Fig. 1 shows a grinding wheel 2 according to the prior art, which consists of a carrier which has an annular peripheral region 4, a conical central region 6 and a disk-shaped inner region 8. These three regions are centered around the same axis. Ring sector-shaped grinding segments 10 are arranged on the surface of the annular peripheral region 4 around its outer circumference. Air passage openings 12 are formed through the carrier. These openings 12 can be formed in the conical central region 6, and through these openings 12 a forced air circulation is established, which allows cooling of the grinding segments 10 and removal of the grinding chips and grinding dust generated by grinding.
Wenn der Bediener bei der Verwendung einer solchen Schleifscheibe 2 mittels einer tragbaren Schleifmaschine 14 die Maschine flach auf die zu schleifende Oberfläche drückt, indem er gleichzeitig den gesamten Umfangsbereich 4 mit der zu schleifenden Oberfläche in Kontakt bringt, ist es schwierig, die Maschine richtig in Position zu halten. Der Bediener neigt somit natürlich dazu, seine Maschine, wie in Fig. 2 dargestellt, in einem Winkel A zu neigen, damit nur ein einziger Teil des Umfangsbereichs 4 auf der zu schleifenden Oberfläche aufliegt. Dadurch entstehen Furchen 16, die der Qualität der erhaltenen Oberfläche abträglich sind.If the operator uses such a grinding wheel 2 by means of a portable grinding machine 14 presses the machine flat against the surface to be ground, simultaneously bringing the entire peripheral region 4 into contact with the surface to be ground, it is difficult to hold the machine correctly in position. The operator therefore naturally tends to tilt his machine at an angle A, as shown in Fig. 2, so that only a single part of the peripheral region 4 rests on the surface to be ground. This creates grooves 16 which are detrimental to the quality of the surface obtained.
Bei der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Variante einer Schleifscheibe 2 nach dem Stand der Technik sind die Schleifsegmente 10 auf zwei konzentrischen Kreisen angeordnet worden. Der Bediener kann seine Maschine horizontaler abstützen, und die Gefahr der Entstehung von Furchen 16 ist reduziert. Allerdings muß bei dieser Variante die zur Kühlung der Schleifsegmente 10 und zur Abführung der Späne und des Staubs verwendete Luft einen zahlreiche Hindernisse enthaltenden Weg durchlaufen, der in Fig. 4 durch die Pfeile B dargestellt wird. Dann muß man entweder auf eine hohe Lüftungsleistung zurückgreifen oder sich mit einer mäßigen Kühlung der Segmente 10 und Abführung von Staub und Spänen zufriedengeben.In the variant of a grinding wheel 2 according to the state of the art shown in Figs. 4, 5 and 6, the grinding segments 10 are arranged on two concentric circles. The operator can support his machine more horizontally and the risk of grooves 16 being formed is reduced. However, in this variant, the air used to cool the grinding segments 10 and to remove the chips and dust must travel a path containing numerous obstacles, which is shown in Fig. 4 by the arrows B. It is then necessary to either resort to a high ventilation output or to be satisfied with moderate cooling of the segments 10 and removal of dust and chips.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Schleifscheibe 18 in Vorderansicht. Ähnliche Elemente sind genauso numeriert wie in den Fig. 1 und 4. Die Schleifsegmente 20 sind "L"- oder dachförmig und weisen einen Schenkel 22, der sich im wesentlichen entlang dem Umfang der Scheibe 18 erstreckt, und einen Schenkel 24, der sich degressiv im wesentlichen vom Umfang zur Mitte der Scheibe erstreckt, auf. Dank dieser Anordnung wird gestattet, daß der ganze Kreis des Umfangsbereichs Schleifmaterial aufweist, wobei ein größerer Teil der aktiven Fläche am Umfang der Scheibe 18 enthalten ist.Fig. 7 shows a grinding wheel 18 according to the invention in front view. Similar elements are numbered in the same way as in Figs. 1 and 4. The grinding segments 20 are "L" or roof-shaped and have a leg 22 which extends substantially along the circumference of the wheel 18 and a leg 24 which extends degressively substantially from the circumference to the center of the wheel. This arrangement allows the entire circle of the peripheral area to contain abrasive material, with a larger part of the active area on the circumference of the disk 18.
Bei einer verbesserten Variante der Erfindung wird den Segmenten 20 die Form einer Turbinenschaufel verliehen, so daß bei Drehung der Scheibe 18 in die durch den Pfeil T gezeigte Richtung die durch die Öffnungen 12 angesaugte Kühlluft auf einem im wesentlichen radialen Weg von außerhalb der Scheibe 18 zu deren Inneren strömt. Diese Segmente 20 stellen somit für die Luftzirkulation ein minimales Hindernis dar. Andere Kombinationen der Luftzirkulationsrichtung, der Drehrichtung der Schleifscheibe 18 und der Schaufelform können zum gleichen Ergebnis führen. Die gleiche Wirkung kann zum Beispiel mit der Form der Segmente 20 von Fig. 9 erzielt werden, wobei durch die Öffnungen 12 Luft eingeblasen wird, das heißt von der Mitte der Scheibe 18 zu ihrem Umfang zirkuliert, und sich die Scheibe 18 in Richtung des Pfeils T dreht.In an improved variant of the invention, the segments 20 are given the shape of a turbine blade, so that when the disk 18 rotates in the direction shown by the arrow T, the cooling air drawn in through the openings 12 flows in a substantially radial path from outside the disk 18 to the inside thereof. These segments 20 thus represent a minimal obstacle to air circulation. Other combinations of the air circulation direction, the direction of rotation of the grinding disk 18 and the blade shape can lead to the same result. The same effect can be achieved, for example, with the shape of the segments 20 of Fig. 9, with air being blown in through the openings 12, that is to say circulating from the center of the disk 18 to its circumference, and the disk 18 rotating in the direction of the arrow T.
Die Form der in Fig. 7 dargestellten erfindungsgemäßen Segmente 20 weist somit den Vorteil auf, die Luftzirkulation zu erleichtern. Des weiteren zeichnet sie sich durch die vorteilhafte Eigenschaft aus, daß sich die aktive Fläche, das heißt die Kontaktfläche zwischen den Segmenten 20 und der zu schleifenden Oberfläche, vom Inneren der Scheibe 18 zu ihrem Umfang hin vergrößert. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Schleifarbeit.The shape of the segments 20 according to the invention shown in Fig. 7 thus has the advantage of facilitating air circulation. Furthermore, it is characterized by the advantageous property that the active area, i.e. the contact area between the segments 20 and the surface to be ground, increases from the interior of the disk 18 to its circumference. This leads to more uniform grinding work.
Fig. 8 ist eine Kavalierperspektive einer erfindungsgemäßen Schleifscheibe 18. Sie zeigt die Form des Trägers, der einen Umfangsbereich 4 und einen Innenbereich 8, die sich in parallelen, zueinander versetzten und durch einen konischen Mittelbereich 6 miteinander verbundenen Ebenen befinden, aufweist und somit die Form einer abgeflachten Glocke annimmt.Fig. 8 is a cavalier perspective of a grinding wheel 18 according to the invention. It shows the shape of the support, which has a peripheral region 4 and an inner region 8, which are located in parallel planes offset from one another and connected by a conical central region 6, and thus takes the shape of a flattened bell.
Fig. 9 zeigt schematisch die Art und Weise der Bestimmung der Form, die einem Schleifsegment 20 verliehen werden soll, um die Zirkulation der durch die Öffnungen 12 eingeblasenen Luft zu optimieren. Die Luft durchquert den Umfangsbereich von einem durch Ra begrenzten kreisförmigen Bereich aus und einem durch Rc begrenzten Ausgangsbereich. Für ein zirkulierendes Luftpartikel gilt die folgende Vektorbeziehung zwischen der absoluten Geschwindigkeit Va, der relativen Geschwindigkeit Vr und der Mitführgeschwindigkeit Ve:Fig. 9 shows schematically the manner of determining the shape assigned to a grinding segment 20 to optimise the circulation of the air injected through the openings 12. The air traverses the peripheral area from a circular area delimited by Ra and an exit area delimited by Rc. For a circulating air particle, the following vector relationship applies between the absolute velocity Va, the relative velocity Vr and the entrainment velocity Ve:
= + = +
(Absolute Geschwindigkeit = relative Geschwindigkeit + Mitführgeschwindigkeit).(Absolute speed = relative speed + tracking speed).
Die Mitführgeschwindigkeit Ve wird durch die Drehung der Scheibe 18 gegeben. Soll die absolute Geschwindigkeit Va radial gerichtet werden, kann die relative Geschwindigkeit Vr konstruiert werden. Die Krümmung des Schleifsegments 20 wird dann gemäß Vr ausgerichtet. Somit kann die optimale Form eines Schleifsegments 20 unter Berücksichtigung der aerodynamischen Zwänge erstellt werden.The tracking speed Ve is given by the rotation of the disk 18. If the absolute speed Va is to be directed radially, the relative speed Vr can be constructed. The curvature of the grinding segment 20 is then aligned according to Vr. In this way, the optimal shape of a grinding segment 20 can be created taking into account the aerodynamic constraints.
Die Mitführgeschwindigkeit wird gegeben durchThe carrying speed is given by
Ve = ω·rVe = ω·r
wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Scheibe 18 und r der Abstand zwischen dem Teilchen und der Mitte der Scheibe ist.where ω is the angular velocity of rotation of the disk 18 and r is the distance between the particle and the center of the disk.
Da die einen Querschnitt S zwischen zwei Segmenten 20 durchquerende Luftmenge Q vom Eingangsradius Ra zum Ausgangsradius Rc konstant ist, ergibt sichSince the air quantity Q passing through a cross section S between two segments 20 is constant from the inlet radius Ra to the outlet radius Rc, the result is
Q = Va·SQ = Va·S
Der Luftdurchgangsquerschnitt S nimmt von der Mitte zum Umfang gemäß der folgenden Gleichung zu:The air passage cross-section S increases from the center to the circumference according to the following equation:
S = 2·π·r·hS = 2·π·r·h
wobei h die Dicke eines Segments ist. Bei dem Dreieck ABC gilt: where h is the thickness of a segment. For triangle ABC:
oderor
Tanα = k·r² (1)Tanα = k·r² (1)
wobei k eine von der Luftmenge Q, der Winkelgeschwindigkeit ω und der Höhe h eines Segments 20 abhängige Konstante ist.where k is a constant dependent on the air quantity Q, the angular velocity ω and the height h of a segment 20.
Der Ausdruck der optimalen Kurve in Polarkoordinaten r, θ kann bei Betrachtung von Punkt A mit den Koordinaten r, θ und des unendlich benachbarten Punkts auf der Kurve C mit den Koordinaten r + dr, θ + dθ, erhalten werden. Im gleichen Dreieck ABC gilt die Beziehung The expression of the optimal curve in polar coordinates r, θ can be obtained by considering point A with coordinates r, θ and the infinitely neighboring point on the curve C with coordinates r + dr, θ + dθ. In the same triangle ABC the relation
Durch Vergleich der Gleichungen (1) und (2) erhält man.By comparing equations (1) and (2) we obtain.
dθ/dr = k·rdθ/dr = k r
oder or
Die optimale theoretische Form des Segments 20 ist also die einer Fermatschen Spirale. Mittels Segmenten 20, deren Form sich der durch die obige Theorie gegebenen nähert, ohne deshalb mit der theoretischen Form identisch sein zu müssen, läßt sich eine sehr deutliche Verbesserung der Luftzirkulation erreichen. Des weiteren verteilt sich die aktive Schleiffläche dank der erfindungsgemäßen Segmente 20 gleichmäßig zwischen dem Innenradius Ra und dem Außenradius Rb und ist am Umfang maximal, dort, wo es erforderlich ist. Die erfindungsgemäßen Schleifsegmente 20 gestatten eine wesentliche Verbesserung der erhaltenen Beschaffenheit der geschliffenen Oberfläche, der Leichtigkeit der Handhabung des Werkzeugs durch den Bediener und der Lebensdauer des Werkzeugs dank einer besseren Lüftung und einer besseren Beseitigung der Schleifspäne und des Schleifstaubs.The optimal theoretical shape of the segment 20 is therefore that of a Fermat spiral. By means of segments 20 whose shape approaches that given by the above theory, without necessarily being identical to the theoretical shape, it is possible to achieve a very significant improvement in air circulation. Furthermore, thanks to the segments 20 according to the invention, the active grinding surface is evenly distributed between the inner radius Ra and the outer radius Rb and is maximum at the periphery, where it is required. The grinding segments 20 according to the invention allow a significant improvement in the quality of the ground surface, the ease of handling of the tool by the operator and the life of the tool thanks to better ventilation and better removal of grinding chips and grinding dust.
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Cited By (2)
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