本发明在各种方面下涉及一种研磨体、研磨体的应用及用于制造研磨体的方法。
背景技术：
从现有技术中已知各种研磨体。研磨体可以用于各种对象的机械加工。为此，对研磨体施加研磨材料。在研磨材料被磨损之后，可以将其更换，并且研磨体可以被再一次使用。然而，现有技术的研磨体具有相对大的重量。一方面，这导致研磨体的高昂价格。另一方面，大重量使得研磨体的操作更加困难。
为了对此进行补救，现有技术中已知如何采用纤维-塑料复合材料(FKV)用于研磨体。因此，例如日本公开申请JP11028668A描述了一种具有芯部的研磨轮，该芯部具有多个层状的纤维-塑料复合材料涂层。研磨轮段被粘合到该芯部上。芯部还具有在其侧部表面上的凸缘段，芯部可以通过该凸缘段固定在轴上。因此，这会获得低重量，使得可以在研磨期间实现高速。
然而，继续存在的问题是，即使这样的研磨轮仍然具有相对大的重量，这还导致成本密集的生产和复杂的操作。
技术实现要素：
因此，基于该现有技术，本发明意图解决的问题是指出一种研磨体、研磨体的应用及用于制造研磨体的方法，其中，可以在低重量下获得经济性的制造。
根据第一方面，该问题通过一种研磨体而解决，该研磨体具有基本圆柱形的外部构件、内部构件和连接结构，该外部构件用于接收研磨材料，该内部构件用于将研磨体附接到驱动单元，该连接结构用于在外部构件与内部构件之间进行机械力传递，其中，外部构件、内部构件和/或连接结构至少部分地由纤维-塑料复合材料制成。
已经发现，由于由外部构件、内部构件和连接结构组成的根据本发明的研磨体的布局结合纤维-塑料复合材料的使用，产生了重量减小的研磨体。这是由于以下事实，即根据本发明的结构结合根据本发明的材料选择可以实现具有极其流线型的力流动以及在刚度和强度上最优化的结构，该结构可以用作研磨材料的载体。因此可以减小转动质量，并且与此同时可以减小研磨的机械加工过程期间发生的离心力。此外，可以获得更大的研磨体加速度和改善的重量平衡。
由于基本圆柱形的外部构件，可以方便地接收研磨材料。研磨材料可以例如(可移除地)固定于外部构件的外侧，尤其是通过粘合于外部构件固定于外部构件的外侧。因此，由于基本圆柱形的外部构件，可以提供用于研磨材料的充分的接触表面以及因此的充分大的研磨表面。
由于内部构件，可以实现，尤其是经由内部构件的内侧，到驱动单元的附接。附接可以是直接的或间接的。例如，内部构件用于附接到驱动轴。在这种情况下，内部构件优选为至少部分地、优选完全地布置在外部构件内。
在这种情况下，由于不设置大量研磨体而是设置连接结构，因此可以节省外部构件内的材料。连接结构用于进行机械力传递，尤其是从内部构件到外部构件的扭矩传递。连接结构可以以各种方式来配置，只要其能够进行机械力传递即可。连接结构优选地从外部构件的内侧延伸到内部构件的外侧。优选地，连接结构基本垂直于外部构件的内侧并基本垂直于内部构件的外侧延伸。
已经证明，当外部构件和内部构件以及连接结构都由纤维-塑料复合材料组成时是尤其有利的。例如，外部构件、内部构件和连接结构由相同的纤维-塑料复合材料组成。然而，同样可以采用不同的纤维-塑料复合材料(比如不同的纤维或不同的材料基体)用于外部构件、内部构件和连接结构。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，内部构件为基本圆柱形的内部构件。通过基本圆柱形的内部构件，可以经由内部构件的内侧提供用于附接到驱动单元的有利表面。基本圆柱形的内部构件和基本圆柱形的外部构件优选地彼此同心布置。
优选地，内部构件的内侧沿着其圆柱轴线看锥形收窄。以这种方式，可以产生例如与驱动轴的紧固连接。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构的纤维-塑料复合材料的纤维形成为铺置网(Gelege)、机织物(Gewebe)、编织物、表面结构和/或缠绕结构。优选地，外部构件、内部构件和连接结构的纤维-塑料复合材料的纤维都如上所述地形成。由于所描述的纤维-塑料复合材料的形态以及所导致的纤维定向，可以有利地考虑发生的转动力、作用扭矩和对研磨体的刚度要求。因此，可以实现在具有良好刚度的情况下研磨体重量上的进一步减小。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件和/或内部构件的纤维-塑料复合材料的纤维定向为至少部分地沿相应构件的周向方向。这可以有利地增加研磨体的抗弯和抗扭强度。特别是，已经发现具有编织或缠绕的纤维的纤维-塑料复合材料在这方面是有利的。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构的纤维-塑料复合材料的纤维定向为至少部分地沿着相应构件的表面。由于这样的纤维定向，可以获得更加有利的研磨体稳定性和强度，使得研磨体的重量可以进一步减小。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构的纤维-塑料复合材料由一个或多个层组成。特别是，各个纤维-塑料复合材料的多层构造可以实现研磨体的适应应变的层构造，由于以这种方式可以考虑转动力、作用扭矩和刚度要求，并且因此可以产生低重量的研磨体。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，连接结构形成为平坦的、尤其是盘形的连接元件。平坦的盘形连接元件可以形成为例如布置在外部构件与内部构件之间的平坦的盘，其优选地基本垂直于外部构件和内部构件的圆柱轴线延伸。
特别是，该实施例中的研磨体可以有利地具有盖。该盖优选地设置在研磨体的一端处，使得在任何情况下，外部构件与内部构件之间的空间都在一侧上被遮盖。以这种方式，可以防止外部构件和内部构件以及连接结构之间研磨粉的过度累积。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，连接结构具有准各向同性的层结构。以这种方式，可以获得均匀的连接结构性能，尤其是关于其稳定性和弹性。特别是，盘形的连接结构可以表现得像金属材料。因此，从而可以在具有足够的机械性能的情况下实现重量减小。
准各向同性的层结构具体指的是，弹性性能关于围绕法线的转动是不变的。然而，垂直于层的平面可以存在不同的性能。准各向同性的层结构可以基本由各种数量的层(例如，单向的层)组成。然而，优选地，准各向同性的层结构包括至少三个层。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，连接结构包括辐条状布置的多个元件。优选地，连接结构由辐条状布置的元件组成。辐条状布置的元件可以形成为例如支柱。例如，辐条状元件在内部构件与外部构件之间沿径向方向延伸。这样的设计的具体优点在于，由于粉尘可以在辐条状布置的元件之间逃离，因此其从开始时防止了研磨粉的累积。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，辐条状布置的元件各个包括泡沫材料的芯部。以这种方式，可以在连接结构的区域中获得额外的重量减小。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构由预制件组成。例如，使用碳纤维预制件。预制件具体指的是用来形成研磨体的相应区域的纤维预制件。例如，不同的分离预制件用于外部构件、内部构件和连接结构。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，连接结构通过材料结合和/或通过形状配合附接到外部构件和/或内部构件。优选地，连接结构通过材料结合和/或通过形状配合附接到外部构件和内部构件两者。例如，连接结构、外部构件和内部构件由分离的预制件制成并且通过用塑料浸渍而接合在一起。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构的纤维-塑料复合材料的纤维包括无机的和/或有机的强化纤维，尤其是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少一种。通过比如玻璃纤维或玄武岩纤维的无机纤维，可以有利地获得高温强度和低成本。通过比如芳族聚酰胺纤维或碳纤维的有机纤维，特别是可以实现纤维的高度定向性。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构的纤维-塑料复合材料的基体材料包括热固性材料或热塑性材料。对于热固性材料，相对高的热机械强度和低比重是有利的，而对于热塑性材料，例如存在焊接的可能性。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，研磨体包括至少部分地布置在内部构件内的金属衬套。由于金属衬套，研磨体可以有利地设置有金属毂元件。金属衬套例如为基本圆柱形。例如，金属衬套沿轴线方向看锥形收窄。金属衬套可以通过压入配合连接到内部构件，这可以例如通过将内部构件冷缩配合到金属衬套上来实现。因此，由于布置在内部构件内的金属衬套，研磨体可以设置为混合设计，使得尽管具有低重量仍能够稳定附接到驱动单元。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，外部构件具有比内部构件更长的轴向延伸部分。轴向延伸部分具体指的是在基本圆柱形的外部构件或内部构件的情况下沿相应圆柱轴线方向的延伸部分。这实现了研磨体的非对称配置，允许内部构件比外部构件更短而不减小研磨表面。以这种方式，可以获得进一步的重量减小，这允许机械加工过程期间的转动质量和离心力的减小以及更大的加速度。此外，可以缩短驱动轴或工具主轴，这减小了杠杆作用和作用扭矩。
根据第一方面下的研磨体的一个示例性实施例，研磨体还包括施加于外部构件的研磨材料。研磨材料设计为例如研磨涂层或研磨元件。例如，研磨材料以环状形式，特别是通过粘合层施加于外部构件的外侧。
根据第二方面，前述问题通过使用根据第一方面的研磨体进行金属部件、尤其是凸轮轴的研磨加工来解决。对于研磨加工并且尤其是对于金属部件(比如凸轮轴)的研磨，需要大直径和高速度的研磨体。根据第一方面的研磨体由于其性能、尤其是其低重量而尤其适合于这种应用。
根据第三方面，前述问题通过一种用于制造研磨体(尤其是根据第一方面的研磨体)的方法而解决，其中，该方法包括：形成基本圆柱形的外部构件来接收研磨材料，形成内部构件以将研磨体附接到驱动单元和形成连接结构以在外部构件与内部构件之间进行机械力传递，其中，外部构件、内部构件和/或连接结构至少部分地由纤维-塑料复合材料形成。
如关于第一方面已经提及的，根据本发明的生产可以提供有利的构造并因此提供重量减小的研磨体，这是由于根据本发明的结构结合根据本发明的材料选择，人们可以获得具有极其流线型的力流动、在刚度和强度上最优化的研磨体。如已经提及的，内部构件优选地设计为基本圆柱形的内部构件。外部构件、内部构件和连接结构可以接连形成或者也可以同时形成。
根据第三方面下的方法的一个示例性实施例，外部构件、内部构件和/或连接结构以如下方式形成：首先将纤维放置在模具上，然后用塑料浸渍该纤维。由于使用模具，可以精确确定研磨体的构造和几何外形，这是由于可以将纤维作为预制件首先放置到期望的位置和定向中。在此之后，可以通过塑料浸渍和固结将纤维固定。塑料浸渍可以通过压力辅助或真空辅助来完成。特别是，各个预制件可以以这种方式材料结合在一起。
替代地或者另外地，可以设想将纤维放置在已经预浸渍过的模具(例如作为预浸料坯)上。这种情况下，例如用反应树脂来预浸渍纤维。于是，纤维可以被硬化，特别是在温度和压力作用下硬化。
根据第三方面下的方法的一个示例性实施例，被浸渍后的研磨体通过从模具移除来剥离。由于浸渍，特别是在外部构件、连接结构和内部构件之间获得了材料结合连接。因此，在浸渍之后，可以移除使纤维-塑料复合材料成形并因而使研磨体成形的模具移除。
根据第三方面下的方法的一个示例性实施例，该模具包括用于外部构件、内部构件和/或连接结构的分离的模具段。这允许简单的制造过程。模具段特别是可以安装在彼此上或接合于彼此的分离部件。例如，为内部构件设置一个模具段，为连接结构设置一个模具段，并且为外部构件设置一个模具段。以这种方式，可以首先将例如作为预制件的纤维放置在相应的模具段上(例如通过将纤维绕着模具段缠绕的方式)。在此之后，可以将模具段安装就位。最后，可以浸渍纤维。
根据第三方面下的方法的一个示例性实施例，将金属衬套至少部分地布置和固定在内部构件内。以这种方式，可以获得混合设计，使得研磨体在附接到驱动单元的区域中能够具有良好的稳定性。例如，可以通过利用金属衬套和内部构件的几何配置或不同的热应变特性来将内部构件冷缩配合在金属衬套上。以这种方式，可以获得金属衬套的压入配合。
关于第二和第三方面的更加有利的实施例，具体参照对第一方面的描述以及其所描述的优点。先前或之后的不同方面的实施例的描述同样将具体公开用于其他相应方面的有利实施例。
附图说明
在尤其是结合附图的以下对本发明的示例性实施例的详细描述中，将会发现本发明不同方面的其他示例性实施例。
然而，本申请中包含的附图应当仅用于图示说明的目的，而不是为了确定本发明的保护范围。所附附图并非依照比例绘制并且应当仅反映本发明的一般性概念。特别是，附图中所包含的特征绝不应当被视为本发明的必要部分。
附图示出：
图1a、b根据第一方面的研磨体的第一示例性实施例的局部俯视图和局部纵向剖视图；
图2a、b根据第一方面的研磨体的第二示例性实施例的局部俯视图和局部纵向剖视图；
图3有利的纤维定向的示意性图示；和
图4a-d根据第三方面的生产方法的示例性实施例的示意性图示。
具体实施方式
图1首先在局部俯视图(图1a)和局部纵向剖视图(图1b)中示出根据第一方面的研磨体1的第一示例性实施例。
研磨体1包括基本圆柱形的外部构件2以接收研磨材料(未示出)。研磨材料可以例如平坦地施加于外部构件2的外侧上。此外，研磨体1具有用于将研磨体1附接到驱动单元(未示出)的基本圆柱形的内部构件4和用于在外部构件2与内部构件4之间进行机械力传递的连接结构6。外部构件2、内部构件4和连接结构6都由纤维-塑料复合材料形成，该纤维均为有机强化纤维，在这种情况下为碳纤维。然而，替代地或者另外地，也可以使用其他纤维，比如玻璃纤维、玄武岩纤维或芳族聚酰胺纤维。纤维-塑料复合材料的塑料或基体材料可以为热固性材料或热塑性材料。
在此，连接结构6由多个径向向外延伸的辐条状布置的支柱形成，在此只绘出了其中的两个支柱6a、6b。这具有的优点是，由于切除区域，可以减小研磨粉在连接结构6上的沉积。支柱6a、6b等可以具有泡沫材料的核心，以便使得研磨体1的尤其轻重量的变体成为可能。
在此，连接结构6具体通过材料结合附接到外部构件2和内部构件4两者。特别地，这可以通过塑料浸渍来实现。
外部构件2和内部构件4同心布置并且具有共同的圆柱轴线8。外部构件2和内部构件4从连接结构6开始分别沿两个方向基本平行于轴线8延伸。如可见的，外部构件2在一侧上具有比内部构件4更长的轴向延伸部分，或者内部构件4在一侧上具有相应更短的轴向延伸部分。由于这种非对称配置，特别地实现了进一步的重量减小，这使得机械加工过程期间的转动质量和离心力的减小以及由此导致的更高加速度成为可能。
外部构件2、内部构件4和连接结构6的纤维-塑料复合材料的纤维优选地形成为铺置网、机织物、编织物、表面结构和/或缠绕结构。优选地，外部构件2、内部构件4和连接结构6的纤维-塑料复合材料具有多层构造。外部构件2、内部构件4和连接结构6的纤维由预制件制成。
在内部构件4内还布置有作为毂元件的金属衬套10，通过该金属衬套10可以产生轴和毂的连接。内部构件4已经冷缩配合到金属衬套10上，使得金属衬套10通过压入配合固定在内部构件4内。沿着圆柱轴线8观察，内部构件4和/或金属衬套10形成为锥形收窄。
现在图2在俯视图(2a)和纵向剖视图(2b)中示出根据第一方面的研磨体1'的第二示例性实施例。第二示例性实施例类似于图1中绘出的示例性实施例。相应地，首先参考关于图1的评论，并且会使用相同的附图标记(具有附加撇号)。以下将会讨论差别。
特别地，在图2中绘出的示例性实施例中，研磨体1'的连接结构6'具有不同的配置。在这种情况下，连接结构6'形成为平坦的盘形连接元件6'。在这种情况下，盘形连接结构6'具有准各向同性的层结构，使得连接结构6'在平面中表现为类似于金属材料。
研磨体1'还具有盖12'。盖12'设置在研磨体1'的一端处，使得外部构件2'与内部构件4'之间的空间被遮盖。以这种方式，可以防止外部构件2'、内部构件4'和盘形连接结构6'之间研磨粉的过度累积。
图3示出研磨体的一种有利的纤维定向的示意性图示。该研磨体可以例如为图1的研磨体1或图2的研磨体1'。
如虚线所示，外部构件2、2'和内部构件4、4'的纤维-塑料复合材料的纤维定向为至少部分地沿相应构件的周向方向。外部构件2、2'、内部构件4、4'和连接结构6、6'的纤维-塑料复合材料的纤维定向为至少部分地沿着相应表面。
现在图4a-d示出根据第三方面的生产方法的示例性实施例的示意性图示。在这种情况下，正在生产图2中示出的研磨体1'。然而，所示出的生产方法也可以应用于不同研磨体的生产，比如研磨体1。
首先，将纤维30作为盘形预制件施加在模具段20上，以便形成后来的连接结构6、6'(图4a)。
在此之后，将纤维32作为预制件施加在圆柱形模具段22上，以便形成后来的内部构件4、4'(图4b)。然后可以将模具段20和22接合在一起。
现在，将模具段20、22连接到另外的圆柱形模具段24。在由安装的模具20和24组成的模具段上，通过编织工艺施加纤维34以形成后来的外部构件2、2'(图4c)。
在此之后，将闭合的外部模具(未示出)安装就位，形成正要形成的外部构件2、2'的基本圆柱形轮廓的互补形状。外部模具和现在的内部模具20、22、24形成用于纤维30、32、34的模具腔。圆柱形轮廓也可以具有直径上的改变，从而以便于能够施加偏移或台阶状研磨涂层而不必通过切削(铣削/车削)固结的纤维复合材料体的偏移外部轮廓来进行机械加工。
最后，用塑料浸渍纤维30、32、34，使得外部构件2、2'、内部构件4、4'和连接结构6、6'由纤维-塑料复合材料形成。在浸渍和固结之后，可以通过移除各个模具段20、22、24来剥离研磨体1'(图4d)。