EP0478912A2

EP0478912A2 - Working disc for lapping, honing and polishing machine

Info

Publication number: EP0478912A2
Application number: EP91112294A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Wittstock
Original assignee: Peter Wolters AG
Current assignee: Peter Wolters AG
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1992-04-08
Also published as: DE4027627A1; EP0478912A3

Abstract

Working disc for lapping, honing and polishing machines, having a backing disc and a working layer attached to the backing disc, the working disc consisting of individual disc segments which are firmly but detachably fastened to the backing disc in several rows in an annular manner at a slight predetermined distance from one another. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsscheibe für Läpp-, Hon- und Poliermaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a working disc for lapping, honing and polishing machines according to the preamble of claim 1.

Derartige Arbeitsscheiben weisen einen scheibenartigen bzw. scheibenringartigen Belag aus geeignetem Material auf, das auf einer Tragscheibe befestigt ist, beispielsweise durch Schraubbefestigung. Im Betrieb wird der Arbeitsbelag abgetragen und muß durch einen anderen ersetzt werden, wenn der Verschleiß ein vorgegebenes Ausmaß erreicht hat.Such working disks have a disk-like or disk-ring-like covering made of a suitable material, which is fastened to a supporting disk, for example by screw fastening. The work surface is removed during operation and must be replaced by another when the wear has reached a predetermined level.

Die beim Arbeitsvorgang zwangsläufig erzeugte Wärme wird im wesentlichen durch die zumeist gekühlte Trägerscheibe abgeleitet. Durch das dabei entstehende Temperaturgefälle zwischen Arbeits- und Befestigungsseite entstehen im Arbeitsbelag Wärmespannungen, welche den Belag verformen. Der Grad der Verformung ist proportional dem Temperaturgefälle, und bereits sehr kleine Temperaturdifferenzen erzeugen große Verformungskräfte. Da die Arbeitsseite grundsätzlich wärmer ist als die Anschraubseite, wird sich erstere konvex verformen. Die Befestigungsschrauben können solchen Verformungskräften nicht widerstehen.The heat inevitably generated in the process is in essentially derived from the mostly cooled carrier disc. The resulting temperature difference between the working and fastening sides creates thermal stresses in the work surface, which deform the surface. The degree of deformation is proportional to the temperature gradient, and even very small temperature differences generate large deformation forces. Since the working side is generally warmer than the screw-on side, the former will deform convexly. The fastening screws cannot withstand such deformation forces.

Je größer der Außendurchmesser und je kleiner der Innendurchmesser einer Arbeitsscheibe ist, desto größer wird die Arbeitsfläche und damit auch das Problem der Wärmedehnungen. Durch die Rotation der Werkstücke und der Arbeitsscheibe wird der Innenbereich des Arbeitsbelags mehr beansprucht als sein Außenbereich. Dadurch stellt sich nicht nur ein unterschiedlicher Verschleiß ein, sondern auch eine unterschiedliche Temperaturverteilung von innen nach außen. Um diesen Einfluß so gering wie möglich zu machen, müßte die Arbeitsbreite bzw. die Kranzbreite der Ringscheibe möglichst klein gehalten werden. Dies beeinträchtigt indessen die Produktivität, weil die übliche Kapazität einer Maschine nicht genügend ausgenutzt würde.The larger the outside diameter and the smaller the inside diameter of a working disc, the larger the working surface and thus the problem of thermal expansion. Due to the rotation of the workpieces and the working disc, the inner area of the work surface is stressed more than its outer area. This not only results in different wear, but also a different temperature distribution from the inside to the outside. In order to make this influence as small as possible, the working width or the ring width of the ring disk would have to be kept as small as possible. However, this affects productivity because the usual capacity of a machine would not be used enough.

Bei größeren zusammenhängenden Abtragflächen ist es schwierig, frisches Läppkorn gleichmäßig über die Gesamtfläche zu verteilen, insbesondere bei größeren Werkstücken. Ferner tritt ein Aufschwimmeffekt auf, der ebenfalls zu einer Qualitätsminderung im Hinblick auf die Ebenheit führt.With larger contiguous removal areas, it is difficult to distribute fresh lapping grain evenly over the entire area, especially with larger workpieces. There is also a floating effect, which also leads to a reduction in quality with regard to flatness.

Der Arbeitsbelag wird aus einem Spezialguß mit großer Sachkenntnis nach besonderen Vorschriften gefertigt. Besonders bei großen Arbeitsbelägen läßt sich nicht verhindern, daß schädliche Poren auftreten und die Härte- und Gefügeverteilung ungleichmäßig wird. Dies beeinträchtigt zwangsläufig die Qualität der bearbeiteten Werkstücke.The work surface is made from a special casting with great expertise according to special regulations. With large work surfaces in particular, it cannot be prevented that harmful pores occur and the distribution of hardness and structure becomes uneven. This inevitably affects the quality of the machined workpieces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsscheibe für Läpp-, Hon- und Poliermaschinen zu schaffen, deren Arbeitsbelag unempfindlich gegen thermische Dehnungen ist und die auch mit hoher Qualität bei großen Durchmessern gefertigt werden kann.The invention has for its object to provide a working disc for lapping, honing and polishing machines, the work surface is insensitive to thermal expansion and can also be manufactured with high quality and large diameters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of patent claim 1.

Bei der Erfindung besteht der Arbeitsbelag aus einzelnen Scheibensegmenten, die in mehreren Reihen ringförmig in geringem, vorgegebenem Abstand voneinander an der Tragscheibe fest, jedoch lösbar befestigt sind.In the invention, the work surface consists of individual disc segments, which are ring-shaped in several rows at a small, predetermined distance from one another on the supporting disc fixed, but releasably attached.

Bei der Erfindung ist mithin die Arbeitsscheibe in eine Vielzahl von Segmenten aufgeteilt, die mit geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Wärmedehnungen wirken sich daher nur jeweils in den Segmenten selbst aus und übertragen sich nicht auf benachbarte Segmente. Verformungen der Arbeitsfläche, wie sie eingangs für bekannte Maschinen beschrieben sind, können daher nicht auftreten. Die Verformungen, die auch bei den relativ kleinen Arbeitsflächen der Segmente unvermeidlich sind, sind praktisch vernachlässigbar.In the invention, the working disk is therefore divided into a plurality of segments which are arranged at a short distance from one another. Thermal expansion therefore only affects the segments themselves and does not transfer to neighboring segments. Deformations of the work surface, as described at the beginning for known machines, cannot therefore occur. The deformations, which are inevitable even with the relatively small work surfaces of the segments, are practically negligible.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die relativ kleinen Scheibensegmente mit hoher Qualität bezüglich Porenfreiheit, gleichmäßiger Gefüge- und Härtenverteilung gefertigt werden können, zumindest mit weitaus höherer Qualität als große zusammenhängende Arbeitsbeläge.Another advantage of the invention is that the relatively small disc segments can be manufactured with high quality in terms of non-pores, uniform structure and hardness distribution, at least with a much higher quality than large coherent work surfaces.

Die Gesamtkonstruktion der erfindungsgemäßen Arbeitsscheibe hat auch den Vorteil, daß sie zu einer Vereinfachung der Lagerhaltung führt. Die Arbeitsscheiben können nach dem Baukastenprinzip aus gleichartigen Segmenten hergestellt werden, wobei die Fertigung und Montage der Scheibensegmente etwa ähnlich wie im Turbinenschaufelbau erfolgen können.The overall construction of the working disk according to the invention also has the advantage that it leads to a simplification of the storage. The working disks can be produced on the modular principle from segments of the same type, the manufacturing and assembly of the disk segments taking place in a manner similar to that in turbine blade construction can.

Für die Befestigung der Arbeitsscheibensegmente sind verschiedene konstruktive Möglichkeiten denkbar. Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß sie an der Unterseite einen Hammerkopf aufweisen, der von einer schwalbenschwanzförmigen Nut der Tragscheibe aufgenommen ist. Alternativ oder zusätzlich können die Segmente an der Unterseite mittels Schraubbefestigung an der Tragscheibe befestigt werden. Bei mehreren ringförmigen Reihen von Scheibensegmenten können ferner die äußeren und/oder inneren Segmente in Nuten der Tragscheiben geführt und dadurch gesichert sein.Various design options are conceivable for fastening the working disk segments. According to the invention, one is that they have a hammer head on the underside, which is received by a dovetail-shaped groove in the supporting disk. As an alternative or in addition, the segments can be fastened to the support plate on the underside by means of screw fastening. In the case of a plurality of annular rows of disk segments, the outer and / or inner segments can also be guided in grooves in the support disks and thereby secured.

Eine gegenseitige Berührung der Scheibensegmente soll möglichst ausgeschlossen werden. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwischen benachbarten Segmenten Abstandshalter angeordnet sind, vorzugsweise nahe der Tragscheibe. Die Abstandshalter können zum Beispiel von Distanzblechen gebildet sein. Alternativ können die Segmente selbst so geformt sein, daß sie durch einen Hinterschnitt im unteren Bereich gegeneinanderstoßen und dadurch weitgehend über ihre ganze Höhe einen Schlitz zwischen sich bilden.Mutual contact of the disc segments should be avoided as far as possible. Therefore, an embodiment of the invention provides that spacers are arranged between adjacent segments, preferably near the support disk. The spacers can be formed, for example, by spacer plates. Alternatively, the segments themselves can be shaped in such a way that they abut against one another by an undercut in the lower region and thereby largely form a slot between them over their entire height.

Die Segmente können auf einfache Weise im Stranggußverfahren oder aus Sintermetall geformt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die Segmente aus Sinterbronze mit Diamanteinschlüssen geformt werden.The segments can be easily formed using the continuous casting process or from sintered metal. An embodiment of the invention provides that the segments are formed from sintered bronze with diamond inclusions.

Es wurde bereits erwähnt, daß der Verschleiß über den Radius des Arbeitsbelags unterschiedlich und innen größer ist als außen. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Segmente aus unterschiedlichem Material mit verschiedenen Verschleißeigenschaften bestehen und Segmente mit gleichen Verschleißeigenschaften auf einem gemeinsamen Kreisring angeordnet sind. So können zum Beispiel verschleißfestere und härtere Segmente mit geringerer Dehnzahl für den Innenbereich der Arbeitsscheibe vorgesehen werden.It has already been mentioned that the wear over the radius of the work surface is different and is greater on the inside than on the outside. Therefore, an embodiment of the invention provides that the segments consist of different material with different wear properties and segments with the same wear properties are arranged on a common circular ring. For example, more wear-resistant and harder segments with a lower number of strains can be provided for the interior of the working disc.

Die Form des Arbeitsscheibenbelags nach der Erfindung ermöglicht auch einen Verbundaufbau der Segmente, indem nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Segmente auf ihrer Arbeitsseite mit einem Werkstoff beschichtet sind, der gute Abtrageigenschaften aufweist.The shape of the working disk covering according to the invention also enables a composite structure of the segments, in that according to one embodiment of the invention the segments are coated on their working side with a material which has good abrasion properties.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die Arbeitsscheibensegmente an den Mantelflächen eine schmutzabweisende Beschichtung erhalten, die zum Beispiel aus PTFE besteht. Ferner können nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Arbeitsscheibensegmente an den Mantelflächen eine rostschützende Beschichtung aufweisen.According to another embodiment of the invention, the working disk segments can be given a dirt-repellent coating on the lateral surfaces, which, for example, consists of PTFE exists. Furthermore, according to another embodiment of the invention, the working disk segments can have a rust-protecting coating on the lateral surfaces.

Die bei der erfindungsgemäßen Arbeitsscheibe vorgesehenen Schlitze zwischen den Segmenten haben den Vorteil, daß sich die Läppmittelverteilung und die Schlammabsonderung verbessert, was sich ebenfalls günstig auf die angestrebte Ebenheit der zu bearbeitenden Werkstücke auswirkt. Die erfindungsgemäß aufgebaute Arbeitsscheibe beseitigt oder verringert auch den Aufschwimmeffekt, der sonst die Abtragqualität beeinträchtigt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Tragscheibe mindestens einen Anschluß für ein Kühl- und/oder Spülmittel aufweisen, der so mit der Unterseite der Segmente verbunden ist,daß das Medium durch die Spalte zwischen den Segmenten austreten kann. Durch ein geeignetes Bohrungs- oder Kanalsystem in der Tragscheibe kann der Kühl- und/oder Spülmittelanschluß mit allen Spalten zwischen den Scheibensegmenten kommunizieren, damit in alle Spalte das Medium gelangt und aus diesen austreten kann.The slots provided between the segments in the working disk according to the invention have the advantage that the lapping agent distribution and the sludge separation improve, which also has a favorable effect on the desired flatness of the workpieces to be machined. The working disc constructed according to the invention also eliminates or reduces the floating effect, which would otherwise impair the removal quality. According to one embodiment of the invention, the support plate can have at least one connection for a coolant and / or flushing agent, which is connected to the underside of the segments so that the medium can escape through the gaps between the segments. The coolant and / or flushing agent connection can communicate with all the gaps between the disc segments by means of a suitable bore or channel system in the supporting disk, so that the medium can get into and exit from all gaps.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1: zeigt schematisch eine Läppmaschine mit Arbeitsscheiben nach der Erfindung.
Fig. 2: zeigt einen Schnitt durch die Arbeitsscheibe nach Fig. 3 entlang der Linie 2-2.
Fig. 3: zeigt einen Schnitt durch die Arbeitsscheibe nach Fig. 4 entlang der Linie 3-3.
Fig. 4: zeigt eine Draufsicht auf eine der beiden Arbeitsscheiben nach Fig. 1.

The invention is explained in more detail below with reference to drawings.

Fig. 1: shows schematically a lapping machine with working disks according to the invention.
Fig. 2: shows a section through the working disc of FIG. 3 along the line 2-2.
Fig. 3: shows a section through the working disc of FIG. 4 along the line 3-3.
Fig. 4: shows a top view of one of the two working disks according to FIG. 1.

In Fig. 1 sind eine obere Arbeitsscheibe 10 und eine untere Arbeitsscheibe 12 zum Läppen von Werkstücken 14 vorgesehen, die in sogenannten Läuferscheiben 16 aufgenommen sind, die sich an einem äußeren Stiftkranz 18 und einem inneren Stiftkranz 19 abwälzen, wenn diese durch einen Elektromotor 20 bzw. 22 angetrieben sind. Die obere Arbeitsscheibe 10 ist mit einer Welle 24 verbunden, die von einem Elektromotor 26 in Drehung versetzt wird. Die letzteren beiden Teile befinden sich in einem Oberteil 28 der Läppmaschine, der schwenkbar auf dem Unterteil 30 gelagert ist. Die untere Arbeitsscheibe 12 wird über eine Welle 32 von einem Elektromotor 34 angetrieben.In Fig. 1, an upper working wheel 10 and a lower working wheel 12 are provided for lapping workpieces 14, which are received in so-called rotor disks 16, which roll on an outer pin ring 18 and an inner pin ring 19 when these are driven by an electric motor 20 or 22 are driven. The upper working disk 10 is connected to a shaft 24 which is set in rotation by an electric motor 26. The latter two parts are located in an upper part 28 of the lapping machine, which is pivotably mounted on the lower part 30. The lower working disc 12 is driven by an electric motor 34 via a shaft 32.

Jede Arbeitsscheibe 10, 12 besteht aus einem Tragabschnitt 36 bzw. 38, der jeweils mit der dazugehörigen Welle 24 bzw. 32 verbunden ist, und einem ringartig angeordneten Arbeitsbelag 40 bzw. 42. Nachfolgend wird der Aufbau der unteren Arbeitsscheibe 12 näher anhand von Figuren 2 bis 4 erläutert, wobei angemerkt wird, daß der Aufbau der oberen Arbeitsscheibe 10 derselbe ist.Each work disk 10, 12 consists of a support section 36 or 38, which is connected to the associated shaft 24 or 32, and a ring-like work surface 40 or 42. The structure of the lower work disk 12 is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 4 to 4, it being noted that the structure of the upper working plate 10 is the same.

Wie aus Fig. 2 und 3 zu erkennen, besteht der Tragabschnitt 38 aus einem scheibenartigen durchgehenden Arbeitsscheibenträger 44 und einer Tragscheibe 46. Die Tragscheibe 46 ist eine relativ dünne flache Scheibe, die Schwalbenschwanznuten 48 aufweist. Die Tragscheibe 46 hält Arbeitsscheibensegmente 50, die den Arbeitsbelag 42 bilden. Die Scheibensegmente 50 haben an der Unterseite Hammerkopffüße 52, die in den Nuten 48 einsitzen. Die Segmente 50 können mittels Schrauben an der Tragscheibe 46 befestigt werden, wie strichpunktiert bei 54 angedeutet.As can be seen from FIGS. 2 and 3, the support section 38 consists of a disc-like continuous work disc carrier 44 and a support disc 46. The support disc 46 is a relatively thin flat disc which has dovetail grooves 48. The support disc 46 holds working disc segments 50 which form the working surface 42. The disk segments 50 have hammer head feet 52 on the underside, which sit in the grooves 48. The segments 50 can be fastened to the support disk 46 by means of screws, as indicated by the dot-dash line at 54.

Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Scheibensegmente 50 drei Ringreihen bilden. Die Segmente 50 haben zwischen sich einen relativ schmalen von oben nach unten durchgehenden Spalt 56, der in Nutrichtung mittels Distanzblechen 58 hergestellt wird, die winklig an den unteren Kanten angeordnet sind. Quer zu den Nuten 48 wird der Spalt 56 durch die passende Aufnahme der Hammerkopffüße 56 in den Nuten 48 erzeugt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind die Segmente 50 so geformt und angeordnet, daß sie etwa gleiche Arbeitsfläche haben und die Spalte 56 radial versetzt zueinander liegen.From Fig. 4 it can be seen that the disc segments 50 form three rows of rings. The segments 50 have between them a relatively narrow gap 56 which runs from top to bottom and which is produced in the groove direction by means of spacer plates 58 which are arranged at an angle on the lower edges. The gap 56 is passed through transverse to the grooves 48 the appropriate recording of the hammerhead feet 56 in the grooves 48 generated. As can be seen from FIG. 4, the segments 50 are shaped and arranged such that they have approximately the same working surface and the gaps 56 are radially offset from one another.

Die im Strangpreßverfahren oder aus Sintermetall gefertigten Scheibensegmente 50 können für jede Reihe (entsprechend z.B. Fig. 1) aus gleichem Material bzw. mit gleicher Härte gefertigt werden. Sie können jedoch radial von innen nach außen eine unterschiedliche Härte aufweisen, um den unterschiedlichen Verschleiß in Radialrichtung zu kompensieren. Die Scheibensegmente 50 können zusätzlich zu den Spalten 56 Schlitze aufweisen, die in Umfangs- bzw. Radialrichtung von der Arbeitsseite her in die Segmente eingeformt werden. Dadurch wird, zumindest über die Höhe der Schlitze, die Auswirkung der Wärmedehnungen noch weiter herabgesetzt. Die Segmente können auch eine separate Abtragschicht aufweisen, wie bei 60 in Fig. 3 dargestellt.The disk segments 50 made by extrusion or sintered metal can be made of the same material or with the same hardness for each row (corresponding to e.g. Fig. 1). However, they can have a different hardness radially from the inside to the outside in order to compensate for the different wear in the radial direction. In addition to the gaps 56, the disk segments 50 can have slots which are formed into the segments in the circumferential or radial direction from the working side. As a result, the effect of the thermal expansions is further reduced, at least over the height of the slots. The segments can also have a separate ablation layer, as shown at 60 in FIG. 3.

Claims

Working disc for lapping, honing and polishing machines, with a supporting disc and a working pad attached to the supporting disc, characterized in that the working pad (42) consists of individual disc segments (50) which are ring-shaped in several rows at a small predetermined distance from one another Carrying disc (46) fixed, but releasably attached.

Working disc according to claim 1, characterized in that the segments (50) have a hammer head (52) on the underside, which is received by a dovetail-shaped groove (48) in the supporting disc (46).

Working disc according to Claim 1 or 2, characterized in that the segments (50) are fastened to the supporting disc (46) on the underside by means of screw fastening (54).

Working disc according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the case of a plurality of annular rows of disc segments (50) the outer and / or inner segments are guided in grooves in the supporting disc.

Working disc according to one of claims 1 to 4, characterized in that spacers (58) are arranged between adjacent segments (50), preferably near the supporting disc (46).

Working disc according to claim 5, characterized in that the spacers are formed by spacer plates (58).

Working disc according to claim 5, characterized in that the spacers are formed by lower sections of the segments.

Working disc according to one of claims 1 to 7, characterized in that slots are formed in the segments, preferably radial and / or circumferential, from the working side.

Working disc according to one of claims 1 to 8, characterized in that the segments consist of different material with different wear properties and segments with the same wear properties are arranged on a common circular ring.

Working disc according to one of claims 1 to 9, characterized in that the segments (50) are made in continuous casting.

Working disc according to one of claims 1 to 9, characterized in that the segments (50) are made of sintered metal.

Working disc according to one of claims 1 to 9 or 11, characterized in that the segments (50) consist of sintered bronze with diamond inclusions.

Working disc according to one of claims 1 to 12, characterized in that the working disc segments are coated on their working side with a material with good abrasion properties.

Working disc according to one of claims 1 to 13, characterized in that the working disc segments have a dirt-repellent coating on the lateral surfaces.

Working disc according to one of claims 1 to 14, characterized in that the working disc segments have a protective coating against rust on the lateral surfaces.

Working disc according to one of claims 1 to 15, characterized in that the supporting disc has at least one connection for a coolant and / or flushing agent which is connected to the underside of the segments in such a way that the medium passes through the gaps (56) between the segments (50) can emerge upwards.