[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Bearbeiten eines Scheibenrohlings
durch Schleifen.
[0002] Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft zur Herstellung von Bremsscheiben
anwendbar. Prinzipiell ist sie aber für das Herstellen einer umfassenderen Gruppe
von Produkten anwendbar, insbesondere für kreisringförmige scheibenartige Produkte.
Ohne die Erfindung darauf einzuschränken wird sie im nachfolgenden Text bevorzugt
anhand des besonders wertvollen Anwendungsbeispiels "Bremsscheibe" beschrieben.
[0003] Eine Bremsscheibe im Sinne dieses Dokumentes ist ein flächiges, im Wesentlichen rotationssymmetrisches
Gebilde, welches im bestimmungsgemäßen Einsatz an einem drehbaren Rad mit diesem mitrotierend
angeordnet ist und zum Abbremsen der Rotationsbewegung an beiden Stirnseiten exzentrisch
bezüglich der Rotationsachse mit Druck durch nicht mitrotierende Bremsbacken beaufschlagt
wird, sodass zwischen Bremsscheibe und Bremsbacken eine Reibungskraft auftritt.
[0004] Qualitativ hochwertige Bremsscheiben bestehen heutzutage üblicherweise aus einem
Verbund aus einem metallischen Kern und einer Beschichtung aus einem Material, welches
eine höhere Abriebbeständigkeit aufweist als das Kernmaterial. Die Beschichtung ist
üblicherweise ein Materialverbund, welcher neben anderen Stoffen beispielsweise keramische
Partikel und/oder metallartige Karbide und/oder sehr feste Fasern beinhaltet. Derartige
Beschichtungen von Bremsscheiben sind verglichen mit Stahl oder Gusseisen bestimmungsgemäß
besser abriebfest, aber nur sehr schlecht spanabhebend zu bearbeiten. Die Herstellung
einer eine derartige Beschichtung aufweisenden Bremsscheibe umfasst einen Arbeitsschritt,
in welchem von besagter Beschichtung durch einen Schleifvorgang Material abgetragen
wird, um Flächen auszubilden, deren Abmessungen und Planheit die Präzisionsanforderungen
für die bestimmungsgemäßen Reibungsflächen der Bremsscheiben erfüllen.
[0005] Bei den zurzeit am häufigsten verwendeten Vorrichtungen für das Bearbeiten der als
Reibungsflächen vorgesehenen Stirnflächenbereiche von Bremsscheiben durch Schleifen
werden der Scheibenrohling und zwei Schleifscheiben zu Drehung um ihre jeweiligen
Achsen angetrieben, wobei die beiden Schleifscheiben um eine gemeinsame Rotationsachse
gedreht werden, welche parallel zur Rotationsachse des Scheibenrohlings ausgerichtet
ist. Die beiden Schleifscheiben sind mit jeweils einer ihrer beiden Stirnflächen mit
jeweils einer Stirnseite der Schleifscheibe in schleifendem Eingriff. Vor allem wegen
der Gefahr von Überhitzung an den Arbeitsflächen ist bei diesen Vorrichtungen die
erreichbare Durchsatzzahl stärker begrenzt als bei Vorrichtungen, bei denen Schleifscheiben
mit ihrer Mantelfläche mit dem zu bearbeitenden Scheibenrohling in Kontakt sind.
[0006] Die Schriften
US 4262452 A,
DE 102019128522 A1,
US 5607348 A,
DE 2343949 A1,
EP 0768147 A1 und
US 2122978 A zeigen Vorrichtungen für das schleifende Bearbeiten von rotierenden Scheibenrohlingen
durch jeweils zwei rotierende Schleifscheiben, bei denen die Schleifscheiben mit ihrer
Mantelfläche mit jeweils einer Stirnfläche des Scheibenrohlings in Kontakt sind. Dabei
liegen gemäß den Schriften
DE 102019128522 A1,
US 5607348 A,
DE 2343949 A1,
EP 0768147 A1 und
US 2122978 A die Rotationsachsen der Schleifscheiben parallel zur Rotationsebene des Scheibenrohlings.
Gemäß den verbleibenden beiden Schriften
US 4262452 A und
US 5607348 A liegen die Achsen der Schleifscheiben nicht parallel zur Rotationsebene des in Bearbeitung
befindlichen Scheibenrohlings, sondern sind in einem kleinen spitzen Winkel zu dieser
Ebene geneigt und zwar derart, dass auf der Seite der Schleifscheiben der Rationsachse
des Scheibenrohlings mit steigendem Radialabstand zur Rotationsachse des Scheibenrohlings
auch der Abstand zwischen den beiden Rotationsachsen der Schleifscheiben zueinander
zunimmt. Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabenstellung besteht
darin, eine Vorrichtung für das schleifende Bearbeiten eines Scheibenrohlings durch
zwei rotierende Schleifscheiben zu schaffen, bei welcher die Schleifscheiben jeweils
mit der Mantelfläche an einer Stirnflächenseite des Scheibenrohlings in schleifendem
Kontakt sind. Gegenüber den besprochenen derartigen Vorrichtungen soll die neue Vorrichtung
dahingehend verbessert sein, dass sie unter vergleichbaren Rahmenbedingungen einen
höheren Durchsatz ermöglicht.
[0007] Es wurden drei Merkmale identifiziert, mit denen die Aufgabe erfüllbar ist. Diese
drei Merkmale sind am besten in Kombination miteinander anzuwenden. Die Aufgabe kann
aber auch gelöst werden, wenn nur ein beliebiges der drei Merkmale angewandt wird
oder wenn eine beliebige Zweiergruppe der drei Merkmale angewandt wird.
[0008] Die drei Merkmale sind:
a Die Rotationsachsen der beiden Schleifscheiben sind nicht parallel zur Rotationsebene
des Scheibenrohlings ausgerichtet, sondern sind in einem kleinen spitzen Winkel zu
dieser Ebene geneigt und zwar derart, dass auf der Seite der Schleifscheiben der Rotationsachse
des Scheibenrohlings mit steigendem Abstand zur Rotationsachse des Scheibenrohlings
der Abstand zwischen den beiden Rotationsachsen der Schleifscheiben abnimmt.
b Die beiden Geraden, in welchen die Rotationsachsen der beiden Schleifscheiben liegen,
schneiden die Rotationsachse des Scheibenrohlings nicht, sondern sie führen an gegenüberliegenden
Seiten daran vorbei.
c Die Vorrichtung weist zwei Werkstückspindeln auf, welche jeweils einen Scheibenrohling
halten und zu Rotation antreiben können, wobei die beiden Werkstückspindeln auf einer
schwenkbaren Zustellvorrichtung angeordnet sind.
[0009] Die erfindungsgemäßen Merkmale sowie deren vorteilhafte Wirkung werden anhand einer
Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1: Zeigt stark stilisiert eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage.
[0010] Die dargestellte Vorrichtung hat mit den Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik
die folgenden Merkmale gemeinsam:
An dem jeweils in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohling 1 werden beide Stirnflächen
gleichzeitig bearbeitet. Dabei kommen zwei kreisringförmige Schleifscheiben 2 zum
Einsatz, welche zu Rotation um ihre jeweilige Achse 3 angetrieben sind und jeweils
mit ihrer Mantelfläche mit jeweils einer der beiden Stirnflächen des Scheibenrohlings
1 in Kontakt sind und von der Kontaktfläche Material abschleifen. Auch der Scheibenrohling
1 ist zu Rotation um seine Achse 4 angetrieben. Bezüglich dieser Achse 4 des Scheibenrohlings
1 liegen die beiden Kontaktflächen zwischen dem Scheibenrohling 1 und den beiden Schleifscheiben
2 auf der gleichen Umfangskoordinate und auf der gleichen Radialkoordinate.
[0011] Die beiden Schleifscheiben 2 sind durch jeweils eine als Schleifspindel 5 bezeichnete
Vorrichtung gehalten und zu Rotation um ihre Achse 3 angetrieben. Um die Zustellung
der Schleifscheiben 2 auf den in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohling 1 bewerkstelligen
zu können, sind die beiden Schleifspindeln 5 an einer Linearführung 6 parallel zur
Achse 4 des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings 1 verschiebbar gehalten.
[0012] Indem die Schleifscheiben 2 mit ihren Mantelflächen und nicht mit ihren ebenen Stirnflächen
mit dem jeweils in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohling 1 in Kontakt sind, können
die Kontaktflächen sehr klein - und linienartig schmal - gehalten werden, sodass es
vergleichsweise einfach ist, ein Überhitzen des Scheibenrohlings 1 und der Schleifscheiben
2 zu vermeiden. Indem damit die beiden Schleifscheiben 2 von genau gegenüberliegenden
Seiten her während der Schleifbearbeitung an den in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohling
1 andrücken, wird dieser Scheibenrohling 1 nicht bzw. kaum mit Biegespannungen belastet,
womit es vergleichsweise einfach wird, verformungsfrei, vibrationsfrei und mit hoher
Präzision zu arbeiten.
[0013] Entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung a) liegen die Achsen 3 der Schleifscheiben
2 nicht parallel zur Rotationsebene des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings
1, sondern sie sind in einem kleinen spitzen Winkel (weniger als 30°, typischerweise
etwa 5°) zu dieser Ebene geneigt und zwar derart, dass auf der Seite der Schleifscheiben
2 der Achse 4 des Scheibenrohlings 1 mit steigendem Abstand zur Achse 4 der Abstand
zwischen den beiden Achsen 3 der Schleifscheiben 2 abnimmt.
[0014] Gegenüber einer Anordnung, bei welcher die Achsen der Schleifscheiben 2 bezüglich
der Rotationsebene des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings 1 so wie beim
Stand der Technik ausgerichtet sind, werden damit Platzprobleme vermindert, sodass
es einfacher wird, Schleifscheiben 2 mit sehr großem Durchmesser zu verwenden. Durch
den großen Durchmesser der Schleifscheiben 2 wird Durchsatzerhöhung der Vorrichtung
erreicht, weil gegenüber der Anwendung von Schleifscheiben 2 mit kleinerem Durchmesser
die Gefahr von Überhitzung an den Kontaktflächen zum Scheibenrohling 1 weiter verringert
wird und weil die Schleifscheiben 2 weniger oft nachkalibriert werden müssen und nicht
so rasch ausgetauscht werden müssen.
[0015] Wenn die Achse 3 einer Schleifscheibe 2 zur Rotationsebene des in Bearbeitung befindlichen
Scheibenrohlings 1 geneigt ist, ist - wie dargestellt - die Mantelfläche der betreffenden
Schleifscheibe 2 keine Kreiszylindermantelfläche, sondern eine Kegelstumpfmantelfläche.
[0016] Optional (nicht dargestellt) ist es auch möglich nur bei einer der beiden Schleifscheiben
2 deren Achse 3 zur Rotationsebene des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings
1 geneigt anzuordnen.
[0017] Entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung b) liegen die beiden Achsen
3 der Schleifscheiben 2 nicht in einer gemeinsamen, zur Rotationsebene des in Bearbeitung
befindlichen Scheibenrohlings 1 normal ausgerichteten Ebene, sondern sind bezüglich
einer derartigen Ebene um wenige Winkelgrade (maximal 15°) in entgegengesetzten Richtungen
verschwenkt. Damit liegen die beiden linienförmigen Kontaktflächen der Schleifscheiben
2 mit dem in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohling 1 nicht parallel zueinander,
sondern liegen bei Ansicht mit zur Achse 4 des Scheibenrohlings 1 parallel liegender
Blickrichtung leicht überkreuzt. Damit schneiden die beiden Geraden, in welchen die
Rotationsachsen der beiden Schleifscheiben liegen, nicht die Achse 4 des Scheibenrohlings
1, sondern sie führen an radial einander gegenüberliegenden Seiten daran vorbei. Bevorzugt
ist bei beiden dieser Geraden der Abstand zu Achse 4 gleich groß. (Der Abstand zwischen
zwei Geraden, welche einander nicht kreuzen und nicht parallel zueinander sind, ist
gleich der Länge jener Verbindungsstrecke zwischen den beiden Geraden, welche auf
beide Geraden im rechten Winkel steht.)
[0018] Durch die Maßnahme gemäß der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung b) wird erreicht,
dass stoßartige Kraftbelastungen auf die Schleifscheiben 2, welche durch Dickeschwankungen
oder durch örtliche Schwankungen der Stabilität des Scheibenrohlings 1 verursacht
werden, nicht so heftig ausfallen, wie wenn die Kontaktflächen der beiden Schleifscheiben
2 parallel zueinander ausgerichtet wären. Damit werden Schwingungen vermieden, Kalibriervorgänge
an den Schleifscheiben 2 eingespart und die Standzeiten der Schleifscheiben 2 verbessert.
[0019] Gemäß einer bevorzugten Ausführung von Merkmal b sind die beiden Achsen 3 der beiden
Schleifscheiben 2 gegenüber einer Ebene in welcher die Achse 4 des Scheibenrohlings
1 liegt, in entgegengesetzten Richtungen gleich weit geneigt, wobei bevorzugt in der
besagten Ebene auch die Mitten der beiden Kontaktflächen der beiden Schleifscheiben
2 mit dem Scheibenrohling liegen. Damit ist bezüglich Kräften die von den beiden Schleifscheiben
2 aus auf den Scheibenrohling 1 in dessen Radialrichtung ausgeübt werden, bestmöglich
Kräftegleichgewicht erreichbar.
[0020] Entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung c) weist die Vorrichtung zwei
Werkstückspindeln 7, 8 auf, welche beide auf einer schwenkbaren Zustellvorrichtung
9 angeordnet sind. Durch die Schwenkbarkeit der Zustellvorrichtung 9 kann wahlweise
die eine oder die andere der beiden Werkstückspindeln 7, 8 in jene Position geschwenkt
werden, in welcher der an ihr angeordnete Scheibenrohling 1 bearbeitet werden kann.
Damit kann dann, wenn an der einen Werkstückspindel (7) gerade ein Scheibenrohling
1 durch die Schleifscheiben 2 bearbeitet wird, ohne Zeitverlust an der zweiten Werkstückspindel
(8) ein dort befindlicher Teil 10, welcher durch erfindungsgemäße Schleifbearbeitung
eines Scheibenrohlings 1 entstanden ist, entnommen werden und dann ein weiterer noch
zu bearbeitender Scheibenrohling montiert werden. (Das Entnehmen bzw. Montieren kann
typischerweise durch einen Roboter oder eine sonstige automatisch arbeitende Vorrichtung
geschehen.) Durch die Maßnahme gemäß der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung c) wird
also erreicht, dass die Zeit für den Wechsel der Werkstücke kaum Pausen der Schleifvorgänge
verursacht.
[0021] Gemäß einer skizzierten, zum Merkmal c optionalen Weiterentwicklung ist an der Zustellvorrichtung
9 auch eine Abrichteinheit 11 montiert. Diese besteht (wie an sich bekannt) aus einer
Abrichtscheibe und einer diese haltenden und zu Rotation antreibenden Halte- und Antriebseinheit.
Die Abrichteinheit 11 dient dazu, die Arbeitsoberflächen der Schleifscheiben 2 nach
einer festgelegten Anzahl von Arbeitszyklen zu vermessen und durch Abtrag von Material
neu zu kalibrieren bzw. zu schärfen.
[0022] Gemäß einer weiteren skizzierten und zum Merkmal c optionalen Weiterentwicklung ist
die Zustellvorrichtung 9 durch eine weitere Linearführung 12 normal zur Richtung der
Achse 4 des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings 1 verschiebbar. Damit sind
auch die Werkstückspindeln 7, 8 und die ggf. auch daran angeordnete Abrichteinheit
11 durch die weitere Linearführung 12 normal zur Richtung der Achse 4 des in Bearbeitung
befindlichen Scheibenrohlings 1 verschiebbar.
[0023] Vorteilhafte Effekte, die damit erreichbar werden, sind:
- Es können Platzprobleme beim Schwenken der Zustellvorrichtung 9 vermieden werden.
- Die Position des in Bearbeitung befindlichen Scheibenrohlings 1 relativ zu den Schleifscheiben
2 kann in einer weiteren Dimension wählbar eingestellt werden.
- Es kann eine relative Oszillierbewegung zwischen den Schleifscheiben 2 und dem Scheibenrohling
1 radial zur Achse 4 des Scheibenrohlings 1 eingestellt werden. Damit kann die Oberflächengüte
erhöht werden.
- Es können auch Scheibenrohlinge 1 bearbeitet werden, bei denen die Breite der zu bearbeitenden
Fläche größer ist als die Eingriffsbreite (Breite der Mantelfläche) der Schleifscheiben
2.
- Die Abrichteinheit 11 braucht keine eigene Verschiebevorrichtung für Verschiebebewegung
der Abrichtscheibe entlang derer Rotationsachse aufweisen.
[0024] Wenn das erfindungsgemäße Merkmal b verwirklicht wird, müssen während der Bewegung
der mit den Schleifscheiben in Eingriff befindlichen Abrichteinheit 11 entlang der
Linearführung 12 auch leichte Bewegungen der Schleifscheiben 2 entlang der Linearführungen
6 erfolgen. Wenn keine derartige Zusatzbewegung gemacht werden würde, würden die Mantelflächen
der Schleifscheiben 2 nicht die Form einer Kegelstumpfmantelfläche (bzw. Kreiszylindermantelfläche
wenn Merkmal a nicht verwirklicht wird) annehmen, sondern wären aus der Blickrichtung
im rechten Winkel zu ihrer jeweiligen Achse 3 leicht konkav gewölbt.
1. Vorrichtung für das Bearbeiten eines Scheibenrohlings (1) durch Schleifen, wobei der
Scheibenrohling (1) ein im Wesentlichen flächiges und rotationssymmetrisches Gebilde
ist und die Vorrichtung eine Werkstückspindel (7) und zwei Schleifspindeln (5) aufweist,
wobei die Werkstückspindel (7) dazu ausgelegt ist, den Scheibenrohling (1) zu halten
und um seine Achse (4) rotierend zu bewegen und wobei die beiden Schleifspindeln (5)
dazu ausgelegt sind, jeweils eine kreisringförmige Schleifscheibe (2) zu halten und
um ihre Achse (3) rotierend zu bewegen, wobei die Schleifscheiben (2) jeweils mit
ihrer Mantelfläche mit jeweils einer Stirnfläche des Scheibenrohlings (1) in Kontakt
bringbar sind, wobei die beiden Kontaktflächen zwischen dem Scheibenrohling (1) und
den beiden Schleifscheiben (2) bezüglich der Achse (4) des Scheibenrohlings (1) auf
der gleichen Umfangskoordinate und auf der gleichen Radialkoordinate liegen,
dadurch gekennzeichnet, dass
jene beiden Geraden, in welchen die Achsen (3) der beiden Schleifscheiben (2) liegen,
an gegenüberliegenden Seiten an der Achse (4) des Scheibenrohlings (1) vorbeiführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Achsen (3) der beiden Schleifscheiben (2) gegenüber einer Ebene in welcher
die Achse (4) des Scheibenrohlings liegt, in entgegengesetzten Richtungen gleich weit
geneigt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Geraden in denen die Achsen der beiden Schleifspindeln (5) liegen zur
Achse (4) des Scheibenrohlings (1) den gleichen Abstand haben.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (3) von zumindest einer der beiden Schleifscheiben (2) in einem
spitzen Winkel von maximal 30° zur Rotationsebene des Scheibenrohlings (1) geneigt
ausgerichtet ist, wobei auf der Seite der Schleifscheiben (2) der Achse (4) des Scheibenrohlings
(1) mit steigendem Abstand zur Achse (4) des Scheibenrohlings (1) der Abstand zwischen
den beiden Rotationsachsen (3) der Schleifscheiben (2) abnimmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (3) von beiden Schleifscheiben (2) in einem spitzen Winkel zur Rotationsebene
des Scheibenrohlings geneigt ausgerichtet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Werkstückspindeln (7,8) aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt
sind, einen Scheibenrohling (1) halten und zu Rotation antreiben zu können, wobei
beide Werkstückspindeln (7,8) auf einer schwenkbaren Zustellvorrichtung (9) angeordnet
sind, sodass wahlweise die eine oder die andere der beiden Werkstückspindeln (7, 8)
in jene Position geschwenkt werden kann, in welcher der an ihr angeordnete Scheibenrohling
(1) bearbeitet werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstückspindeln (7, 8) bezüglich der Schwenkachse der Zustellvorrichtung
(9) zueinander um 180° verdreht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellvorrichtung (9) durch eine Linearführung (12) parallel zur Rotationsebene
des in Bearbeitungsstellung befindlichen Scheibenrohlings verschiebbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zustellvorrichtung (9) auch eine Abrichteinheit (11), welche für das Kalibrieren
der Schleifscheiben (2) ausgelegt ist, angeordnet ist.
10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für das Bearbeiten von
Bremsscheibenrohlingen.