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Einrichtung zum Planschleifen von Steinflächen
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Planschleifen von Steinflächen,
umfassend einen rotierenden Schleiftellerträger und mindestens einen auf dem Schleiftellerträger
exzentrisch und achsparallel gelagerten, relativ zum Schleiftellerträger rotierenden
Schleifteller mit einer von der Schleiftellerachse entfernten Schleiffläche mit
eingebetteten Diamantsplittern.
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Eine Einrichtung dieser Art ist bekannt. Die Schleifkosten beim Betrieb
einer solchen Einrichtung hängen wesentlich ab von der Schleifleistung der Einrichtung
und der Standzeit der verwendeten Schleifkörper.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Standzeit bei mindestens
gleichbleibender Schleifleistung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Abstand der Schleiftellerachse
von der Schleiftellerträgerachse und der kleinste Abstand der Schleiffläche von
der Schleiftellerachse und die Drehzahlen des Schleiftellerträgers und des Schleiftellers,
unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Schleiftellers gegenüber der Drehrichtung
des Schleiftellerträgers, derart aufeinander abgestimmt sind, daß beim Durchgang
des der Schleiftellerachse nächsten Flächenelements der Schleiffläche durch den
die Schleiftellerträgerachse mit der Schleiftellerachse verbindenden Radialstahl
mit einer sich aus der Drehung des Schleiftellers ergebenden Umlaufgeschwindigkeit,
die entgegen gerichtet ist zu der sich aus der Drehung des Schleiftellerträgers
ergebenden Umlaufgeschwindigkein, die resultierende Geschwindigkeit des Flächenelements
das gleiche Vorzeichen besitzt, wie die sich aus der Drehung des Schleiftellers
ergebende Umlaufgeschwindigkeit und ihrem Betrag nach größer ist als 3 m/sec.
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Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die resultierende Geschwindigkeit
ihrem Betrag nach zwischen 3 und 20 m pro Sekunde, vorzugsweise zwischen 5 und 10
m pro Sekunde, am besten bei etwa 7 m pro Sekunde liegt.
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Bei einem Abstand der Schleiftellerachse von der Schleiftellerträgerachse
von etwa 130 mm, einem kleinsten Abstand der Schleiffläche von der Schleiftellerachse
von etwa 40 bis 55 mm und entgegengesetztem Drehsinn von Schleiftellerträger und
Schleifteller wird eine Drehzahl des Schleiftellerträgers von 40 bis 80, vorzugsweise
etwa 60 Umdrehungen pro Minute vorgeschlagen und eine Drehzahl des Schleiftellers
von 1300 bis 1800, vorzugsweise etwa 1500 Umdrehungen pro Minute.
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Bei dieser Bemessung hat sich gegenüber bekannten mit einer Umdrehungszahl
des Schleiftellerträgers von 450 Umdrehungen pro Minute eine Erhöhung der Standzeit
um 200 % bei einer gleichzeitigen Leistungssteigerung um 15 ,# ergeben, was außerordentlich
überrascht hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schleiftellerträger und
der Schleifteller durch ein vorgeschaltetes Planetengetriebe antreibbar, dessen
Sonnenrad mit einem Drehantrieb verbunden ist, dessen Planetenradträger feststeht
und dessen Hohlrad mit dem Schleiftellerträger fest verbunden ist, wobei ein mit
dem Schleifteller drehfest verbundenes Schle ftellerantriebsrad mit einem Zentralrad
kämmt, welches mit dem Sonnenrad drehfest verbunden ist. Aufgrund des vorgeschalteten
Planetengetriebes können Schleiftellerträger und Schleifteller auch mit einem Drehantrieb
verbunden werden, dessen Drehzahl an die geforderten Drehzahlen von Schleiftellerträger
und Schleifteller nicht angepaßt ist. Es kann also auch ein ursprünglich für die
bekannte Einrichtung vorgesehener Drehantrieb unverändert für die erfindungsgemäße
Einrichtung verwendet werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Einrichtung zum Planschleifen von Steinflächen;
Fig. 2 eine stark
vereinfachte Unteransicht der Einrichtung nach Fig. 1; Fig. 3a einen Längsschnitt
durch einen Schleifkörper und Fig. 3b ein Detail der Fig. 3a.
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In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichneter Schleifvorsatz gezeigt, der
zum Planschleifen eines Steines 12 (am unteren Rand der Fig. 1 abgebrochen angedeutet)
bestimmt ist. An seiner vom Stein 12 abgelegenen Seite ist der Schleifvorsatz 10
an einem abgebrochen angedeuteten Schleifvorsatzträger 11 befestigt, der den Schleifvorsatz
10 entlang der Steinoberfläche 14 in einer ersten Richtung hin- und herbewegt. Von
einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung wird der Schleifvorsatz 10 entlang
der Steinoberfläche 14 in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung
bewegt. Auf diese Weise kann die gesamte Steinoberfläche 14 vom Schleifvorsatz 10
abgefahren werden.
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Der Schleifvorsatz 10 gliedert sich in eine Zentralwelle 16, einen
Planetenradträger 20 mit Planetenzahnrädern 22 und im Gehäuse 18 gelagerte Schleifspindeln
24. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eines von drei Planetenzahnrädern
22 und eine von drei Schleifspindeln 24 gezeigt; die Lager sind durch Doppeldiagonalen
symbolisiert.
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Die Zentralwelle16 ist in ihrem oberen Ende (siehe Fig. 1) mit einer
axialen Einschrauböffnung 26 versehen, in die eine Antriebswelle 28 des Schleifvorsatzträgers
11 angeschraubt ist. Die Antriebswelle 28 ist Teil eines nicht dargestellten Drehantriebs
des Schleirvorsatzträgers 11.
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Die Zentralwelle 16 ist über ein Lager 30 an einem Gehäuseboden 34
des Gehäuses 18 und mit einem Lager 32 an einer Zwischenwand 36 des Gehäuses 18
drehbar gelagert. Ein weiteres Lager 38 befindet sich zwischen der Zentralwelle
16 und. dem Planetenradträger 20 an der oberen Seite des Schleifvorsatzes 10.
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Die Zentralwelle 16 trägt zwei drehfest mit ihr verbundene Zahnräder,
ein Sonnenrad 40 sowie ein Zentralrad 42.
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Das Sonnenrad 40 kämmt mit einem großen Zahnrad. 44 des als Doppelzahnrad
ausgebildeten Planetenzahnrads 22.
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Das Planetenzahnrad 22 ist über ein Lager 46 an einem mit dem Planetenradträger
20 starr verbundenen Lagerbolzen 48 drehbar gelagert. Das andere kleinere Zahnrad
50 des Doppelzahnrads 44 kämmt mit einer Hohlradverzahnung 52 des Gehäuses 18.
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Das Zentralrad 42 der Zentralwelle 16 kämmt mit einem Schleiftellerantriebsrad
54, welches drehfest an der Schleifspindel 24 befestigt ist. Die Schleifspindel
24 ist am Gehäuseboden 34 über ein Lager 56 und an der Zwischenwand 36 über ein
Lager 58 drehbar gelagert.
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An einem Gewindeansatz 60 am unteren Ende der Schleifspindel 24 ist
eine Tragplatte 61 eines Schleiftellers 62 aufgeschraubt. Eine elastische, kreisförmige
Gummischeibe 64 verbindet die Tragplatte 61 mit einer ebenfalls kreisringförmigen
Grundplatte 66. An die Grundplatte 66 sind längs deren Umfang mehrere quaderförmige
Schleifkörper 68 befestigt, beispielsweise angelötet.
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Es können auch bogenförmige; der Umfangslinie folgende Schleifkörper
(siehe Fig. 2) oder Jeweils zu einem Ring geschlossene Schleifkörper Verwendung
finden. Bei einem
quaderförmigen Schleifkörper 68 entsprechend den
Fig. I und 3a kann die Höhe a 6 mm betragen, die Breite b 7 mm und die Länge c 20
mm. Für die Schleifkörper kommen metallische Sinterkörper mit eingesinterten Diamantsplittern
oder Hartmetallkörper mit Diamantsplitterbeschichtung in Frage.
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Während des Betriebes wird die Zentralwelle 16 vom Drehantrieb des
Schleifvorsatzträgers 11 mit einer Drehzahl Fo von 450 Umdrehungen pro Minute angetrieben.
Der Planetenradträger 20 greift mit einem exzentrisch angeordneten Anschlagbolzen
70 in eine Ausnehmung 72 des Schleifvorsatzträgers 11, die die Drehbewegung der
Antriebswelle 28 und damit der Zentralwelle 16 nicht mitmacht. Der Planetenradträger
20 steht demnach still, so daß die Planetenzahnräder 22 vom rotierenden Sonnenrad
40 in Drehung versetzt werden. Bei einem Verhältnis der Anzahl der Zähne von Sonnenrad
40 und großem Rad 44 von 25:52 erhält man eine Drehzahl des Planetenzahnrads 22
von 216 Umdrehungen pro Minute. Das kleine Zahnrad. 50 treibt nun das Gehäuse 18
über die Hohlradverzahnung 52 an. Bei einem Verhältnis der Zähnezahlen des kleinen
Zahnrads 50 und der Hohlradverzahnung 52 von 29:106 ergibt sich eine Drehzahl F
des Gehäuses von 59,2 Umdrehungen pro Minute. Das mit der Drehzahl Fo rotierende
Zentralrad 42 der Zentralwelle 16 treibt die Schleifspindel 24 über das Schleiftellerantriebsrad
54 an, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß die Schleifspindel 24 vom Gehäuse
18 mit einer Drehzahl F um das Zentralrad. 42 herumgeführt wird. Bei einem Verhältnis
der Zahnzahlen des Zentralrades 42 und des Schleiftellerantriebsrads 54 von 64:22
erhält man eine Drehzahl f der Schleifspindel von 1481 Umdrehungen pro Minute.
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Der Fig. 2 ist der jeweilige Drehsinn der Drehbewegung der Zentralwelle
16, des Gehäuses 18 sowie des Schleiftellers 62 zu entnehmen.
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Die Geschwindigkeit, mit der ein Flächenelement A der Schleiffläche
74 des Schleifkörpers 68 an der Steinoberfläche 14 entlangbewegt wird, ist eine
tiberlagerung der sich aus der Drehung des Schleiftellers 62 ergebenden Umlaufgeschwindigkeit
v und der sich aus der Drehung des Gehäuses 18 (= Schleiftellerträger) ergebenden
Umlaufgeschwindigkeit V (siehe Fig. 2, in der die A zugeordneten Geschwindigkeitsvektoren
v und V radial nach außen verlegt sind). In den Fig. 1 und 2 ist mit A ein Flächenelement
der Schleiffläche 24 bezeichnet, welches minimalen Abstand zur Achse 76 des Schleiftellers
62 hat.
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In der gezeichneten momentanen Lage nimmt die sich aus der Vektoraddition
der Geschwindigkeiten v und V von A ergebende resultierende Geschwindigkeit ihren
geringstmöglichen Wert an. A liegt dabei auf einem die Achse 80 des Gehäuses 18
und die Achse 76 des Schleiftellers 62 verbindenden Radialstrahl 78 und zwar radial
nach außen versetzt aufgrund. der unterschiedlichen Drehrichtungen von Gehäuse 18
und Schleifteller 62.
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Es wurde erkannt, daß es zur Erzielung möglichst hoher Schleifleistung
bei großen Standzeiten darauf ankommt, daß die resultierende Geschwindigkeit stets
eine nicht unwesentliche Geschwindigkeitskomponente (d. h. größer als 3 m pro Sekunde)
in Richtung der Geschwindigkeit v besitzt. Dies muß für sämtliche Flächenelemente
der Schleiffläche 24 zutreffen, wobei das Flächenelement A wegen seines geringsten
Abstandes von der Schleiftellerachse 76 am kritischsten ist.
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Wenn die resultierende Geschwindigkeit stets die geforderte Geschwindigkeitskomponente
in Richtung der Geschwindigkeit v besitzt, wird der in Fig. 3b schematisch dargestellte,
in den Schleifkörper 68 eingesinterte Diamantsplitter 82 im wesentlichen nur in
Richtung v bewegt und daher nur einseitig von der Steinoberfläche 14 angegriffen.
Dementsprechend kann sich auf der anderen Seite ein Stützwulst 84 aus nicht abgetragenem
Sintermaterial ausbilden. Ein solcher Wulst 84 bietet einen ausgezeichneten Halt
für den Diamantsplitter 82, so daß es lange dauert, bis sich der Diamantsplitter
82 aus dem Schleifkörper 68 löst.
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Die Standzeit ist dementsprechend lang. Auch ist die Schleifleistung
hoch, da das Schleifen annähernd kontinuierlich erfolgt. Die Zeiten verringerter
Schleifleistung zwischen dem Ausbrechen eines Diamantsplitters und dem Freischleifen
einer Spitze eines weiteren Diamantsplitters treten nämlich selten auf.
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Im folgenden wird die resultierende Geschwindigkeit angegeben. Bei
einem Abstand R zwischen den Achsen 76 und 80 von 130 mm, einem Abstand r des Flächenelements
A zur Schleiftellerachse 76 von 55 mm und einer Drehzahl F des Gehäuses 18 von 60
Umdrehungen pro Minute ergibt sich nach dem Ausdruck V = 2 #. (R+r) ~ F ein Wert
von 1,2 m pro Sekunde für die Geschwindigkeit V.
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Die Geschwindigkeit v kann durch den Ausdruck v = 2 ~ ir ~ r ~ f berechnet
werden und beträgt bei der Drehzahl f des Schleiftellers 62 von 1500 Umdrehungen
pro Minute 8,6 m pro Sekunde. Die resultierende Geschwindigkeit v - V des Flächenelementes
A in der .Stellung gemäß Fig. 1 und. 2 beträgt 7,4 m pro Sekunde.
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