EP4658448A1

EP4658448A1 - Schleifmaschine und schleifverfahren zum schleifen beschichteter bremsscheiben

Info

Publication number: EP4658448A1
Application number: EP24702070.4A
Authority: EP
Inventors: Claus-Ulrich LOTT; Andreas Krüper
Original assignee: Nagel Technologies GmbH
Current assignee: Nagel Technologies GmbH
Priority date: 2023-02-03
Filing date: 2024-01-23
Publication date: 2025-12-10
Also published as: JP2026504494A; CN120693229A; DE102023200881A1; WO2024160589A1; KR20250141808A

Abstract

Eine Schleifmaschine (100) zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt (BA) eines Werkstücks (WS1, WS2), umfasst eine Schleifeinheit (121) nach Art einer Doppelseitenplanschleifeinheit mit zwei koaxial zueinander angeordneten Werkzeugspindeln (132-1, 132-2), die jeweils eine Schleifscheibe (130-1, 130-2) tragen, wobei die Schleifscheiben mit einander zugewandten abrasiven Seitenflächen (135-1, 135-2) angeordnet sind, die einen Schleifraum (133) axial begrenzen, sowie wenigstens eine Werkstückspindel (154) mit einer Werkstückaufnahme (155) zur drehfesten Aufnahme des Werkstücks (WS1, WS2) derart, dass der Werkstückabschnitt (BA) des aufgenommenen Werkstücks zum Schleifen kreisbogenförmig durch den Schleifraum verläuft. Die Schleifmaschine umfasst ein erstes Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkstückpositionsdaten, die eine Axialposition einer Werkstückoberfläche (O1, O2) an mindestens einem Oberflächenort in Bezug auf ein maschinenfestes Referenzkoordinatensystem (RKS) repräsentieren, und ein zweites Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkzeugpositionsdaten, die eine Axialposition einer der Werkstückoberfläche (O1, O2) zugewandten abrasiven Seitenfläche (135-1, 135-2) in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem (RKS) repräsentieren. Eine Steuereinheit (190) der Schleifmaschine ist in wenigstens einem Betriebsmodus dazu konfiguriert, wenigstens einen Schleifparameter in mindestens einer Phase der Schleifoperation in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder den Werkzeugpositionsdaten zu steuern. Die Schleifmaschine kann zum Schleifen von Werkstückoberflächen eines kreisringförmigen Bremsabschnitts einer Bremsscheibe verwendet werden.

Description

Schleifmaschine und Schleifverfahren zum Schleifen beschichteter Bremsscheiben

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine sowie ein Schleifverfahren zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt eines Werkstücks. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Schleifen von Oberflächen eines kreisringförmigen Bremsabschnitts einer Bremsscheibe, insbesondere einer beschichteten Bremsscheibe.

Eine Bremsscheibe ist der drehfest mit dem Rad verbundene Teil einer Scheibenbremse, auf den die an einem Bremssattel befestigten Bremsbeläge wirken, um eine Drehbewegung zu verzögern. Eine Bremsscheibe ist in der Regel punktsymmetrisch oder rotationssymmetrisch zu einer Achsmitte, durch die die Rotationsachse der Bremsscheibe führt. Eine Bremsscheibe weist einen zentralen Nabenabschnitt sowie einen den Nabenabschnitt umschließenden kreisringförmigen Bremsabschnitt auf, der zwei axial gegenüberliegende freie Oberflächen aufweist, die als Reibfläche der Bremsscheibe dienen.

Konventionelle Bremsscheiben für den Massenmarkt sind meist aus Grauguss gefertigt. Grauguss-Bremsscheiben stoßen u.a. hinsichtlich Korrosionsverhalten und Verschleißverhalten inzwischen an ihre Grenzen. Es gibt zwar auch Bremsscheiben aus Keramikwerkstoffen. Diese sind aber teuer und bisher nur für hochpreisige Fahrzeuge verfügbar.

Anstehende Verschärfungen der Vorschriften zu Feinpartikel-Emissionen von Kraftfahrzeugen lassen erwarten, dass zukünftige Bremsscheiben für Kraftfahrzeuge so ausgelegt sein müssen, dass beim Bremsen weniger Feinpartikel freigesetzt werden. Ein Ansatz hierfür ist die Beschichtung der Bremsscheiben bzw. deren als Reibflächen vorgesehenen Oberflächenabschnitte mit einer dünnen Funktionsschicht aus verschleißfesterem Material. Bei beschichteten Bremsscheiben tragen die Oberflächen des kreisringförmigen Bremsabschnitts jeweils eine bezogen auf die Rotationsachse rotationssymmetrische Funktionsschicht, deren freie Oberfläche als Reibfläche der Bremsscheibe ausgebildet ist.

Der Herstellungsprozess einer beschichteten Bremsscheibe umfasst eine oder mehrere Beschichtungsoperationen zur Beschichtung der Oberflächen des Bremsabschnitts einer Bremsscheibe mit einer Funktionsschicht, die aufgrund relativ großer mechanischer Härte eine verschleißmindernde Funktion haben kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine korrosionshemmende Wirkung vorliegen. Oft bestehen solche Funktionsschichten im Wesentlichen aus Metall, sie können eine Einzellage oder mehrere Lagen unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen. Solche Beschichtungen können beispielsweise durch Flammspritzen oder Laser Cladding aufgebracht werden. Typische Schichtdicken können z.B. im Bereich zwischen 50 pm und 350 pm liegen. In der Regel sind die Beschichtungen beidseitig aufgebracht. Die Dokumente EP 2 746 613 A2 und WO 2019/021161 A1 offenbaren Beispiele für beschichtete Bremsscheiben.

Abhängig vom Beschichtungsprozess und dem Beschichtungsmaterial können die freien Oberflächen der fertigen Beschichtungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Funktionsschichten sind in der Regel mechanisch relativ hart und nach dem Beschichten oberflächlich relativ rau.

Durch einen nachgeschalteten Schleifprozess soll an der Beschichtung eine hinreichend ebene und für die Bremsfunktion optimierte Oberfläche erzeugt werden. Dabei können die Vorgaben bei Reibflächen einer Bremsscheibe z.B. so sein, dass eine gemäß DIN EN ISO 4288 ermittelte Mittenrauigkeit Ra im Bereich von 1pm bis 3 pm — 3,2 pm liegen und eine Planheitsabweichung höchstens 20 pm betragen sollte (vgl. WO 2021/224308 A).

Die EP 3 789 512 A1 offenbart eine Anlage zum Beschichten und anschließenden Schleifen von Bremsscheiben.

AUFGABE UND LÖSUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine und ein Schleifverfahren bereitzustellen, die z.B. bei der Herstellung von Werkstücken in Form von Bremsscheiben, insbesondere von beschichteten Bremsscheiben, verwendet werden können, auch bei kleinen Losgrößen systematisch eine Fertigung von geschliffenen Werkstücken innerhalb enger Fertigungstoleranzen ermöglichen und dabei eine bedarfsgerechte Optimierung des Schleifprozesses z.B. im Hinblick auf Kosten und/oder Bearbeitungszeit erlauben.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Schleifmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Schleifverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 14 bereitgestellt. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Schleifmaschine zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt eines Werkstücks bereitgestellt. In einem bevorzugten Anwendungsgebiet handelt es sich bei den Werkstücken um Bremsscheiben, deren kreisringförmige Bremsabschnitte beidseitig geschliffen werden sollen.

Die Schleifmaschine ist aufgrund ihrer konstruktiven Besonderheiten und aufgrund der Auslegung des Betriebssteuerungssystems mit der Steuereinheit und den damit kommunizierenden Hardwarekomponenten (inklusive Sensoren und Aktoren) und Softwarekomponenten (inklusive Steuerungs- und Auswertungssoftware) so konfiguriert beziehungsweise durch Bereitstellung eines entsprechenden Betriebsmodus konfigurierbar, dass damit besondere Schleifenverfahren durchgeführt werden können, die mit herkömmlichen Schleifmaschinen nicht durchführbar waren.

Die Schleifmaschine ist nach Art einer Doppelseitenplanschleifmaschine aufgebaut. Die Schleifmaschine umfasst eine Schleifeinheit mit zwei koaxial zueinander an einem Maschinengestell angeordneten oder anordenbaren Werkzeugspindeln, die jeweils eine Schleifscheibe tragen. Die Schleifscheiben sind mit einander zugewandten abrasiven Seitenflächen angeordnet, die einen Schleifraum variierbarer axialer Höhe in Axialrichtung begrenzen. Jede der Schleifscheiben ist mittels eines zugeordneten Rotationsantriebs unabhängig von der anderen Schleifscheibe mit einem vorgebbarem Drehzahlprofil um ihre zugeordnete Rotationsachse drehbar und mittels eines Zustellantriebs durch lineare Verschiebung parallel zu der zugeordneten Rotationsachse mit vorgebbaren Zustellparametern, beispielsweise vorgebbarer Zustellgeschwindigkeit, axial zustellbar. Gegebenenfalls kann eine Schleifscheibe auch senkrecht zur Rotationsachse, also radial zu dieser, zustellbar sein.

Bei einer „koaxialen“ Anordnung der Werkzeugspindeln im Sinne dieser Anmeldung fallen die Rotationsachsen im Rahmen von Fertigungstoleranzen zusammen, leichte Abweichungen von der mathematisch exakten Koaxialität durch Parallelversatz oder Verkippung einer oder beider Werkzeugspindeln sind möglich, z.B. unter einseitiger Belastung während des Schleifens.

Die Schleifmaschine umfasst weiterhin wenigstens eine Werkstückspindel mit einer Werkstückaufnahme zur drehfesten Aufnahme eines Werkstücks, wobei die Werkstückaufnahme mittels eines Rotationsantriebs um eine im Wesentlichen parallel zu den Rotationsachsen der Schleifscheiben verlaufende Rotationsachse drehbar ist. Die Werkstückspindel ist wenigstens während einer Phase einer Schleifoperation derart in einer Arbeitsposition angeordnet, dass der zu bearbeitende Werkstückabschnitt des aufgenommenen Werkstücks kreisbogenförmig durch den Schleifraum verläuft. Abhängig von der Auslegung der Schleifmaschine kann sich die Werkstückspindel permanent in der Arbeitsposition befinden oder bewegbar sein. Beispielsweise kann die Werkstückspindel z.B. zur Durchführung einer Schleifoperation in die Arbeitsposition bewegt und nach Abschluss einer Schleifoperation wieder aus der Arbeitsposition hinausbewegt werden. Die sich drehende Werkstückspindel kann während einer materialabtragenden Phase stationär sein, während die Schleifscheiben zugestellt werden. Damit sind Varianten des Quer-Seiten-Doppelplanschleifens realisierbar, bei denen die Zustellbewegung quer, insbesondere senkrecht zu den zu bearbeitenden Werkstückoberflächen verläuft.

Alternativ oder zusätzlich ist es in manchen Fällen auch möglich, dass die Werkstückspindel und die Schleifeinheit während einer Phase einer Schleifoperation z.B. durch eine antriebsgesteuerte Verlagerung der Werkstückspindel senkrecht zu ihrer Rotationsachse relativ zueinander bewegt werden, während die Schleifscheiben in Eingriff mit den Werkstückoberflächen stehen. Damit sind Varianten eines Längs-Seiten- Doppelplanschleifverfahrens realisierbar, bei denen eine Zustellbewegung längs der Werkstückoberfläche, also parallel zu dieser erfolgt, z.B. in einer radial zur Rotationsachse der Werkzeuge und/oder des Werkstücks verlaufenden Richtung.

Eine Schleifoperation kann beide Varianten umfassen, z.B. in der Weise, dass in einer vorgeschalteten Phase durch Längs-Seiten-Doppelplanschleifen eine Schruppbearbeitung stattfindet, durch die mit hoher Abtragrate ein größerer Teil des Abtrags realisiert wird, wobei danach in einer nachgeschalteten Phase durch Quer-Seiten-Doppelplanschleifen eine Schlichtbearbeitung stattfindet, durch die mit geringerer Abtragrate das Endmaß und die angestrebte Oberflächenqualität erreicht werden.

Die Schleifmaschine weist außerdem ein Betriebssteuerungssystem mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Schleifmaschine auf. Die Steuereinheit steuert über entsprechende Steuersignale die angeschlossenen Aktoren, u.a. die Antriebe für die Werkstückbewegungen und die Werkzeugbewegungen. Die Steuereinrichtung empfängt auch Sensorsignale angeschlossener Sensoren und verarbeitet diese, u.a. zum Zwecke einer zielgerichteten Steuerung von Aktoren in einem Regelkreis.

Der Begriff „Axialrichtung“ bezeichnet in dieser Anmeldung die Richtung, in der die Rotationsachsen auf Werkstückseite und Werkzeugseite verlaufen. Die Axialrichtung kann z.B. vertikal (parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft) oder horizontal oder schräg zur Horizontalen und zur Vertikalen orientiert sein. Die Zustellung der Schleifscheiben erfolgt in Axialrichtung. An der Schleifmaschine ist die Eignung zur Durchführung besonderer Schleifverfahrens daran zu erkennen, dass die Schleifmaschine ein erstes Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkstückpositionsdaten und ein zweites Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkzeugpositionsdaten aufweist und dass die Steuereinheit in wenigstens einem Betriebsmodus dazu konfiguriert ist, mindestens einen Schleifparameter einer Schleifoperation in mindestens einer Phase der Schleifoperation in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder von den Werkzeugpositionsdaten zu steuern.

Die Werkstückpositionsdaten sind dabei Daten, die die Axialposition einer zu schleifenden Werkstückoberfläche an mindestens einem Oberflächenort in Bezug auf ein maschinenfestes Referenzkoordinatensystem repräsentieren. Demgegenüber sind die Werkzeugpositionsdaten solche Daten, die eine Axialposition einer der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten abrasiven Seitenfläche in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem repräsentieren.

Der Begriff „Axialposition“ bezeichnet hierbei die Position der entsprechenden Flächen bzw. Oberflächenorte in der Axialrichtung, die parallel zu den Rotationsachsen der Schleifscheiben und des Werkstücks verläuft.

Eine solche Schleifmaschine hat somit zwei separat voneinander betreibbare Einrichtungen, die einerseits die axiale Werkstückposition und andererseits die axiale Werkzeugposition bestimmen können, und zwar in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem. Auf diese Weise können die entsprechenden Positionsdaten bei der Datenauswertung unmittelbar miteinander verrechnet werden, um in Axialrichtung einen räumlichen Bezug zwischen den abrasiven Seitenflächen und den jeweils zugeordneten Werkstückoberflächen zu bestimmen.

Aus dieser Möglichkeit der Verrechnung von werkstückbezogenen und werkzeugbezogenen Axialpositionsdaten im selben Referenzkoordinatensystem ergeben sich zahlreiche Vorteile, die anhand von Beispielen später noch erläutert werden.

Die Erfindung trägt u.a. der Erkenntnis Rechnung, dass ein Schleifprozess bzw. eine Schleifoperation immer an bestimmte Eingangsbedingungen und Nutzeranforderungen angepasst werden sollte und dass diese variieren können. So ist es möglich, dass sich die Maße der Werkstücke am Eingang (vor Beginn des Schleifens) von Werkstück zu Werkstück unterscheiden können, und zwar auch dann, wenn die Werkstücke nominell (bezüglich ihrer Spezifikation) identisch sind und auch die Vorbearbeitung (z.B. Beschichtungsprozess) von Werkstück zu Werkstück nominell unverändert durchgeführt wurde. Bei einem Wechsel von einem Werkstücktyp zum nächsten sind in der Regel Anpassungen des Schleifprozesses angezeigt. Es kann auch sein, dass die verwendeten Schleifmittel nicht immer identische Eigenschaften aufweisen, wodurch der Schleifprozess beeinflusst werden kann. Schließlich kann es sein, dass Nutzeranforderungen variieren können. Insbesondere beim Schleifen von beschichteten Bremsscheiben mit mechanisch sehr harten und anfänglich sehr rauen Oberflächen im zu schleifenden Bremsabschnitt gibt es ein empfindlich reagierendes Wechselspiel zwischen Werkzeugverschleiß und Effizienz des Materialabtrags beim Schleifen. Aus Sicht eines Nutzers kann es daher wünschenswert sein, hier immer den aus Nutzersicht optimalen Arbeitspunkt einstellen zu können. Die Erfindung schafft die Voraussetzungen hierfür.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder von den Werkzeugpositionsdaten in wenigstens einem Betriebsmodus (i) die Zustellgeschwindigkeit einer Schleifscheibe oder beider Schleifscheiben, (ii) die Drehzahl einer Schleifscheibe oder beider Schleifscheiben und/oder (iii) die Drehzahl und/oder die Drehrichtung derjenigen Werkstückspindel zu steuern, die das Werkstück für die Schleifoperation trägt. Über jeden dieser Schleifparameter kann die Materialabtraggeschwindigkeit und/oder der beim Schleifen entstehende Verschleiß an den Werkzeugen und/oder die Qualität des Schleifergebnisses gezielt beeinflusst werden. Häufig werden zwei oder mehr dieser Schleifparameter gleichzeitig durch einen Steuerungseingriff verändert.

Zumindest während einer Phase der Schleifoperation ist die das Werkstück tragende Werkstückspindel in einer Arbeitsposition angeordnet, die sich dadurch auszeichnet, dass der zu bearbeitende Werkstückabschnitt kreisbogenförmig durch den Schleifraum verläuft. Zur Durchführung einer Schleifoperation werden das Werkstück und die Schleifscheiben in eine Rotation um ihre Rotationsachsen versetzt. In einer Phase einer Schleifoperation werden die abrasiven Seitenflächen durch eine axiale Zustellung der Schleifscheiben in Eingriff mit der zugeordneten Oberfläche gebracht.

Der Begriff „Schleifoperation“ im Sinne dieser Anmeldung umfasst u.a. diejenigen Phasen, in denen ein Materialabtrag stattfindet, in denen also wenigstens ein Werkzeug in materialabtragendem Eingriff mit dem Werkstück steht. Darüber hinaus umfasst eine Schleifoperation auch Phasen ohne Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück, insbesondere eine dem Materialabtrag vorausgehende Anfahrphase. Die Ermittlung von Werkstückpositionsdaten und/oder Werkzeugpositionsdaten kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.

Vorzugsweise werden geeignete Messungen durchgeführt. Gemäß einer entsprechenden Weiterbildung ist das erste Positionsdatenermittlungssystem als ein erstes Positionsmesssystem zur messtechnischen Ermittlung der Werkstückpositionsdaten und das zweite Positionsdatenermittlungssystem als ein zweites Positionsmesssystem zur messtechnischen Ermittlung der Werkzeugpositionsdaten im gleichen Referenzkoordinatensystem ausgebildet. Eine für solche Messungen konfigurierte Schleifmaschine weist somit ein erstes Positionsmesssystem zur messtechnischen Ermittlung bzw. zur Messung der Werkstückpositionsdaten und ein zweites Positionsmesssystem zur messtechnischen Ermittlung bzw. zur Messung der Werkzeugpositionsdaten auf. Die Positionsmessungssysteme sind dazu konfiguriert, die Axialpositionen der zu messenden Oberflächen (zu schleifende Werkstückoberflächen beim ersten Positionsmesssystem beziehungsweise abrasive Seitenflächen beim zweiten Positionsmesssystem) mit ausreichend hoher Genauigkeit und mit Bezug zum Referenzkoordinatensystem zu bestimmen.

Eine externe Vermessung des Werkstücks vor dem Einbau, also außerhalb der Schleifmaschine und vor der Aufnahme an der Werkstückaufnahme der Schleifmaschine, wäre grundsätzlich möglich. Beim Einbauen könnte dann ein Bezug zum maschineninternen Referenzkoordinatensystem hergestellt werden.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Werkstück jedoch im bereits eingebauten Zustand, also nach Befestigung an einer Werkzeugaufnahme einer Werkstückspindel der Schleifmaschine, vermessen. Dementsprechend können das erste Positionsmesssystem und das zweite Positionsmesssystem so ausgebildet sein, dass das Werkstück in einem an der Werkstückaufnahme eingebauten Zustand vermessen werden kann. Durch eine maschineninterne Vermessung des Werkstücks können einige Fehlerquellen vermieden werden. Beispielsweise ist nicht auszuschließen, dass sich die Lage des Werkstückes nach dem Einlegen und Niederhalten ändern kann. Zudem müssten Geometrieabweichungen, wie z.B. Schirmung, berücksichtigt werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Positionsmesssystem und das zweite Positionsmesssystem derart ausgebildet sind, dass Positionsmessungen durchführbar sind, wenn sich die Werkstückaufnahme mit dem Werkstück in der Arbeitsposition befindet. Dies kann u.a. durch entsprechende Anordnung von Sensoren zur Positionsmessung erreicht werden. Damit entfallen Fehlerquellen, die sich zwischen einer außerhalb der Arbeitsposition vorgenommenen Messung am Werkstück im Laufe der Überführung in die Arbeitsposition ergeben könnten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, dass die Schleifmaschine konfiguriert ist, während mindestens einer Phase einer Schleifoperation Werkstückpositionsdaten und Werkzeugpositionsdaten gleichzeitig zu messen. Bei einem Schleifverfahren mit gleichzeitiger Erfassung von Werkstückpositionsdaten und Werkzeugpositionsdaten der zur Schleifbearbeitung am Werkstück vorgesehenen Schleifscheiben ist eine Echtzeit-Überwachung und ggf. auch eine Echtzeit-Regelung der Abläufe einer Schleifoperation möglich.

Gemäß einer Weiterbildung wird die Messung der Oberflächenposition berührungslos durchgeführt, wozu mindestens ein berührungslos arbeitender (nicht-taktiler) Sensor genutzt werden kann. Dadurch können bei Messungen am rotierenden Werkstück und/oder an der rotierenden Schleifscheibe mechanische Beschädigungen an der Sensorik und ggf. an Werkstückoberflächen vermieden werden.

Vorzugsweise wird zum messtechnischen Ermitteln der Werkstückpositionsdaten und/oder der Werkzeugpositionsdaten eine Abstandsmessung zwischen wenigstens einem Abstandssensor des betreffenden Positionsmesssystem und der zu messenden Oberfläche durchgeführt. Die Axialposition des Abstandssensors im Referenzkoordinatensystem ist dabei mit entsprechend hoher Genauigkeit bekannt.

Gemäß einer Weiterbildung kann ein Abstandssensor von Zeit zu Zeit an einem Referenznormal kalibriert werden. Die Schleifmaschine weist dazu ein maschineninternes Kalibrierungssystem mit Referenzelementen auf. Die Abstandssensoren sind innerhalb eines individuellen Arbeitsbereiches gesteuert verfahrbar. Jedem Abstandssensor ist ein Referenzelement zugeordnet, das sich im Arbeitsbereich des Abstandssensors befindet und somit für eine Referenzmessung angefahren werden kann. Ein Referenzelement kann mehreren Abstandssensoren zugeordnet sein. Die Abstandssensoren können regelmäßig oder anlassbezogen kalibriert und bei Bedarf justiert werden, um dauerhaft hohe Messgenauigkeiten sicherzustellen. Somit können rückführbare Messwerte generiert werden. Die Rückführbarkeit ist bekanntlich eine Eigenschaft, die ein Messergebnis auf einen Standard bezogen werden kann oder in Relation zu diesem steht.

Vorzugsweise wird zur Abstandsmessung ein pneumatisches Messsystem mit wenigstens einer als Abstandssensor fungierenden Messdüse verwendet. Solche nach dem Düse-Prallplatte- Prinzip arbeitenden Messsysteme werden auch als Luftmesssystem bezeichnet. Dabei strömt Druckluft aus der Messdüse in Richtung der zu messenden Oberfläche und eine vom Abstand zwischen Messdüse und Oberfläche abhängige Eigenschaft der Druckluft wird gemessen und zur Bestimmung des Abstandes ausgewertet. Bei manchen Varianten wird der Staudruck gemessen, bei anderen Varianten der Volumenstrom. Ein Luftmesssystem hat für die vorliegende Anwendung unter anderem den Vorteil, dass diese auch bei relativ rauen Oberflächen mit relativ hoher Messgenauigkeit im Bereich von wenigen Mikrometern arbeiten können. Für Messungen, die während einer „nassen“ Schleifoperation stattfinden, ist von Vorteil, dass mithilfe der Druckluft die Messstelle lokal freigeblasen werden kann, so dass die Abstandsmessung den Abstand zur zu messenden Oberfläche erfasst, auch wenn diese ansonsten mit einer Flüssigkeitsschicht bedeckt ist.

Alternativ können auch andere Abstandsmesssysteme genutzt werden, beispielsweise optische Messsysteme, wie z.B. Lasermesssysteme, oder Messsysteme, deren Sensoren mit Radarstrahlung arbeiten, oder Messsysteme mit kapazitiven oder induktiven Sensoren.

Gemäß einer Weiterbildung ist einem Abstandssensor, vorzugsweise jedem der Abstandssensoren, ein Axial-Aktor zur steuerbaren Veränderung einer Axialposition des Abstandssensors zugeordnet. Dazu kann z.B. eine Messdüse eines pneumatischen Messsystems mechanisch mit einem Tastglied eines taktilen Sensors gekoppelt sein, so dass eine Feineinstellung der Axialposition der Messdüse möglich ist. Wird ein taktiler Sensor zur Verstellung der Axialposition einer Messdüse genutzt, so kann der taktile Sensor gleichzeitig als Axial-Weggeber fungieren, dessen Gebersignale dazu genutzt werden können, die Axialposition des zugeordneten Abstandssensors exakt zu bestimmen.

Nachfolgend werden einige Beispiele für verfügbare Betriebsmodi beschrieben.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine Eingangskontrolle des zu schleifenden Werkstücks mittels Vermessung des Werkstücks in der Schleifmaschine vorgesehen. Dazu kann vorgesehen sein, dass nach der Befestigung des Werkstücks an der Werkstückaufnahme und vor Beginn einer Schleifoperation an dem Werkstück für jede der zu schleifenden Oberflächen des Werkstückabschnitts Werkstückpositionsdaten ermittelt werden. Dadurch, dass die Vermessung nach der Befestigung des Werkstücks an der Werkstückaufnahme stattfindet, kann auf einfache Weise ein Bezug zwischen den ermittelten Positionsdaten und einem maschinenfesten Referenzkoordinatensystem hergestellt werden. Bei dieser Vermessung ist vorzugsweise vorgesehen, dass Werkstückpositionsdaten für eine Vielzahl von in Umfangsrichtung versetzten Oberflächenorten und/oder für eine Vielzahl von in Radialrichtung versetzten Oberflächenorten ermittelt werden. Es findet also eine ortsaufgelöste Ermittlung von Axialpositionen statt, insbesondere eine zweidimensional ortsauflösende Vermessung. Dadurch können für die weitere Bearbeitung wichtige Werkstückgeometriedaten ermittelt werden, beispielsweise die Dicke des Werkstückabschnitts zwischen den zueinander im Wesentlichen parallelen Werkstückoberflächen, eine eventuelle Krümmung des Werkstückabschnitts, die bei Bremsscheiben häufig auch als Schirmung bezeichnet wird, gegebenenfalls Welligkeiten in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung. Somit kann der nachfolgende Schleifprozess individuell, das heißt für jedes Werkstück separat, durch Einstellung entsprechender Schleifparameter optimiert werden. Die gemessenen Oberflächenorte bzw. Messstellen können z.B. auf konzentrischen Kreisen um die Symmetrieachse des Werkstücks oder auf einer spiralförmigen Bahn und diese liegen.

In entsprechender Weise kann innerhalb der Schleifmaschine eine Ausgangskontrolle des geschliffenen Werkstücks durchgeführt werden, bevor dieses von der Werkzeugaufnahme entladen wird.

Gemäß einer Weiterbildung ist eine kontaktlos arbeitende Anfahrsteuerung realisiert, bei der eine abrasive Seitenfläche einer Schleifscheibe bei der Zustellung in Richtung der zu schleifenden Werkstückoberfläche bis zu einer in einem Sicherheitsabstand vor der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche entfernt liegenden Startposition einer nächsten Zustellphase zugestellt wird, wobei zur Bestimmung der Startposition initiale Werkstückpositionsdaten und initiale Werkzeugpositionsdaten vor Beginn eines Materialabtrags miteinander verrechnet werden. Dadurch kann ein wichtiger Beitrag für eine effiziente Prozessführung beim Schleifen mit möglichst geringem Zeitverlust bei gleichzeitiger Schonung von Schleifwerkzeugen und Werkstücken erreicht werden.

Bei dieser kontaktlos arbeitenden Anfahrsteuerung wird ausgenutzt, dass die Werkstückpositionsdaten und die Werkzeugpositionsdaten im gleichen Referenzkoordinatensystemen vorliegen und somit unmittelbar miteinander verrechnet werden können, so dass schon vor Beginn der Vorschubbewegung der Schleifscheibe diejenige Axialposition bestimmt werden kann, bis zu der die Schleifscheibe zunächst zugestellt wird. Dabei ist durch Auslegung des Sicherheitsabstands sichergestellt, dass am Ende dieser ersten Zustellbewegung mit Sicherheit noch kein Kontakt zwischen der abrasiven Seitenfläche und der Werkstückoberfläche auftreten kann. Zweckmäßig liegt der Sicherheitsabstand bei vielen Ausführungsformen im Bereich von ca. 10 pm bis ca. 100 pm. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Schleifscheibe bis zum Erreichen der Startposition mit einer ersten Zustellgeschwindigkeit zugestellt wird und die Zustellgeschwindigkeit bei Erreichen der Startposition automatisch auf eine geringere zweite Zustellgeschwindigkeit reduziert wird. Die erste Zustellung kann demnach im Eilgang auch bei größerer Vorschubstrecke in relativ kurzer Zeit erfolgen, bevor dann in unmittelbarer Nähe der Werkstückoberfläche die zweite Zustellphase beginnt, die mit deutlich geringerer Zustellgeschwindigkeit durchgeführt wird. Dies kann gegebenenfalls bis zum Kontakt zwischen Schleifscheibe und Werkzeug ausgedehnt werden.

Die zweite Zustelloperation kann zumindest bis zum Erreichen einer nominellen Kontaktposition aufrechterhalten werden. Die nominelle Kontaktposition ist eine Axialposition, bei der die aktuelle Werkzeugposition (also die Axialposition der abrasiven Schleiffläche) der initialen Werkstückposition (also der Axialposition der zu schleifenden Werkstückoberfläche) entspricht. Damit kann erreicht werden, dass bei Beginn des Kontakts zwischen Schleifscheibe und Werkstückoberfläche oder kurz vor oder kurz nach dem Erstkontakt die Zustellgeschwindigkeit und/oder eine anderer Schleifparameter nochmals verändert werden kann, um einen optimierten materialabtragenden Schleifprozess zu erreichen. Die zweite Zustelloperation kann auch über den Zeitpunkt des Erstkontakts hinaus kontinuierlich ohne Änderung der Zustellgeschwindigkeit fortgeführt werden.

Eine besonders gute Anpassung der Schleifparameter eines Schleifprozesses an die Gegebenheiten des Werkstücks kann bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass während der Schleifoperation Werkzeugpositionsdaten kontinuierlich oder intermittierend in Abhängigkeit von der Zeit, also zeitaufgelöst, ermittelt werden und die daraus resultierenden zeitabhängigen Werkzeugpositionsdaten zur Steuerung der Zustellung der Schleifscheiben und/oder mindestens eines anderen Schleifparameters verarbeitet werden. Aus der in Echtzeit möglichen Beobachtung der axialen Position der Schleiffläche lassen sich unter anderem Rückschlüsse auf das Schleifverhalten von Werkstück und Werkzeug ziehen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass während der Schleifoperation Werkstückpositionsdaten kontinuierlich oder intermittierend in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt werden und die daraus resultierenden zeitabhängigen Werkstückpositionsdaten zur Steuerung der Zustellung der Schleifscheiben und/oder mindestens eines anderen Schleifparameters verarbeitet werden.

Bei manchen Ausführungsformen ist die Steuereinheit der Schleifmaschine so konfiguriert, dass sie in einem Betriebsmodus während der Schleifoperation ermittelte zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten mit zeitabhängigen Zustellpositionsdaten in Beziehung setzt. Die zeitabhängigen Zustellpositionsdaten können aus dem Steuerprogramm für den Schleifprozess ermittelt und/oder gegebenenfalls auch mit wenigstens einem Weggeber gemessen werden. Der genannte Betriebsmodus wird bei manchen Ausführungsformen auch als Schleifverhältnis- Optimierungsmodus bezeichnet, da er eine Informationsbasis dafür schafft, mit welchem Schleifverhältnis der Schleifprozess zur Zeit der Beobachtung arbeitet. Unter anderem kann ein Vergleich zwischen Zustellung und damit erzielbarem Abtrag durchgeführt werden. Ein Vergleich dieser Zeitabhängigkeiten kann dann zur Verschleißermittlung und entsprechend zur Verschleißoptimierung genutzt werden.

Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Informationen über das aktuelle Schleifverhältnis G ermittelt und zur Nutzung bereitstellt, z.B. in Form eines G-Werts bzw. entsprechender Daten. Das Schleifverhältnis ist für jeden Schleifprozess charakteristisch. Das Schleifverhältnis G drückt in der hier genutzten Definition das Verhältnis zwischen Werkstoffabtrag und Scheibenverschleiß in Volumeneinheiten (zum Beispiel cm³/cm³) aus. Soll eine Phase des Schleifprozesses zu einer möglichst guten Maß- und Formgenauigkeit führen, so können die Vorschubverhältnisse so eingestellt werden, dass der Scheibenverschleiß möglichst klein wird. Ist dagegen beispielsweise ein hohes Zeitspanvolumen angestrebt, um in relativ kurzer Zeit viel Materialdicke abzutragen, so kann die Zustellgeschwindigkeit vergleichsweise größer eingestellt werden. Damit hat ein Anwender aufgrund der Möglichkeiten der Bestimmung der Werkstückpositionsdaten und der Werkzeugpositionsdaten ein wichtiges Hilfsmittel zur Optimierung „seines“ Schleifprozesses in der Hand.

Manchen Ausführungsformen bieten die Möglichkeit, über eine Bedieneinheit ein für den Schleifprozess gewünschtes Ziel-Schleifverhältnis oder die zur Bestimmung eines Ziel- Schleifverhältnisses erforderlichen Wunschparameter einzugeben. Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass anhand der aus der Sensorik gelieferten Daten permanent bzw. in kurzen Zeitabständen das aktuelle Schleifverhältnis bzw. der aktuelle Wert errechnet und mit dem Ziel- Schleifverhältnis verglichen wird. Solange der aktuelle G-Wert innerhalb eines Toleranzbereichs um das Ziel-Schleifverhältnis bleibt, verläuft der Schleifprozess ausreichend gut. Die Steuerung kann die Einhaltung des G-Wertes überwachen und den Betrieb in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs steuern. Beispielsweise kann ein zum Beispiel akustisches, optisches und/oder haptisches Warnsignal erzeugt werden, wenn der aktuelle G- Wert den Toleranzbereich verlässt oder sich mit bestimmter Änderungsgeschwindigkeit der Toleranzgrenze nähert und eine Grenzüberschreitung bevorsteht. Der Bediener kann dann eingreifen und versuchen, die Ursachen für die unerwünschte Prozessänderung zu ermitteln und gegebenenfalls zu beseitigen. Es ist auch möglich, die Steuereinheit so auszulegen, dass der Prozess automatisch auf die Einhaltung des G-Wertes geregelt wird. Dann sorgt die Maschinensteuerung ohne Eingriff des Bedieners im Rahmen bestimmter Grenzen selbsttätig dafür, dass der Prozess näherungsweise mit den gewünschten Ziel-Schleifverhältnis abläuft.

Es ist möglich, dass die Schleifmaschine nur eine einzige Werkstückspindel aufweist, die in der Arbeitsposition angeordnet ist. Die Werkstückaufnahme kann z.B. mittels eines Roboters oder einer anderen Handling-Einrichtung oder auch manuell beladen und entladen werden. Häufig ist jedoch eine Schleifmaschine als Mehrstationen-Schleifmaschine ausgebildet, die ein Transportsystem aufweist, welches eine relativ zu einer Maschinenbasis bewegliche Spindelträgereinheit aufweist, die wenigstens eine Werkstückspindel trägt, welche relativ zu der Spindelträgereinheit um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist und eine Werkstückaufnahme aufweist. Die Schleifmaschine hat mindestens zwei durch die Werkstückspindel anfahrbare Arbeitsstationen, die eine Ladestation und wenigstens eine Schleifstation mit wenigstens einer Schleifeinheit umfassen. Damit ist eine räumliche Trennung von Be- und Entladen einerseits und der Schleifbearbeitung andererseits möglich, so dass diese Schritte zeitlich überlappend durchgeführt werden können. Hierdurch kann die Stückleistung erheblich gesteigert werden. Bei manchen Varianten ist die Spindelträgereinheit drehbar, sie kann mit Komponenten eines konventionellen Drehtischs aufgebaut werden. Alternativ kann auch wenigstens eine translatorisch bewegbare Spindelträgereinheit vorgesehen sein, die z.B. geradlinig zwischen Ladestation und Arbeitsstation an der Schleifeinheit hin und her verfahren werden kann. Es können bei Bedarf zwei zueinander orthogonale, wechselweise nutzbare Linearsysteme vorgesehen sein, z.B. um zwei Ladestationen bereitzustellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Schleifmaschine, die zum beidseitigen Schleifen von beschichteten Bremsscheiben konfiguriert ist;

Fig. 2 zeigt einen werkstückseitigen Teil einer schematischen Darstellung des Systemaufbaus für die Werkstückvermessung; Fig. 3 zeigt einen werkzeugseitigen Teil einer schematischen Darstellung des Systemaufbaus für die Werkzeugvermessung;

Fig. 4 zeigt eine Messdüse, der ein taktiler Sensor als Axial-Aktor zur Feineinstellung der Axialposition in Bezug auf den Träger der Messdüse zugeordnet ist;

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung zur Messung der Axialposition der Seitenfläche der oberen Schleifscheibe;

Fig. 6 und 7 zeigen zwei Möglichkeiten zur ortsauflösenden Positionsmessung von Werkstückoberflächen jeweils mit einer Vielzahl von Messstellen;

Fig. 8A bis 8D zeigen Diagramme zur Illustration von Messwertauswertungen;

Fig. 9 zeigt ein Weg-Zeit-Diagramm einer kontaktlosen Anfahrsteuerung;

Fig. 10 zeigt ein schematisches Übersichtsdiagramm mit zeitabhängigen Abstandswerten und Werten für die Zustellung einer Schleifscheibe während einer Schleifoperation;

Fig. 11 zeigt in 11A bis 11C schematisch Steigungsverläufe, die die Zeitabhängigkeiten während einer Schleifoperation darstellen;

Fig. 12 zeigt ein Diagramm zum Zusammenhang zwischen Verschleiß und Schleifverhältnis (G-Wert)

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Schleifmaschine 100, die zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen 01 , 02 an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt von Werkstücken WS1 , WS2 in Form von Bremsscheiben WS1, WS2 ausgelegt ist. Im Beispielsfall ist die Schleifmaschine zum beidseitigen Schleifen von Oberflächen eines kreisringförmigen Bremsabschnitts BA von beschichteten Bremsscheiben konfiguriert.

Jede der Bremsscheiben hat einen zum Beispiel aus Grauguss bestehenden Grundkörper mit einem zentralen Nabenabschnitt NA, der der Befestigung der Bremsscheibe an einer

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Fahrzeugachse dient, sowie einen kreisringförmigen Bremsabschnitt BA, der den Nabenabschnitt umschließt. Die Massenverteilung des Grundkörpers ist insgesamt rotationssymmetrisch zur Rotationsachse der Bremsscheibe. Der Bremsabschnitt hat zwei axial gegenüberliegende, zueinander parallele Oberflächen (obere Werkstückoberfläche 01 und untere Werkstückoberfläche 02).

Diese wurden in einer vorgelagerten Phase des Fertigungsprozesses mit einer in Bezug auf die Rotationsachse rotationssymmetrischen Beschichtung bzw. Funktionsschicht versehen, deren freie Oberfläche schließlich als Reibfläche der Bremsscheibe dienen soll. Die Beschichtung kann z.B. Wolfram-, Titan- und/oder Niobcarbid enthalten und sehr hart sein. Im Beispielsfall wurden beide Seiten mithilfe einer speziellen Variante des Laserauftragsschweißens beschichtet, nämlich mithilfe einer Variante des Extremen Hochgeschwindigkeits- Laserauftragsschweißens, das auch unter dem Begriff „EHLA-Verfahren“ bekannt ist. Die Beschichtung kann auch auf andere Weise aufgebracht werden, z.B. durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) oder Kaltgasspritzen.

Die Schleifmaschine 100 ist als numerisch gesteuerte Rundtaktmaschine mit zwei Arbeitsstationen konfiguriert, nämlich einer Ladestation 110 zum Beladen und Entladen sowie mit einer Schleifstation 120. Alle Funktionen werden über Steuerbefehle einer Steuereinheit 190 des Betriebssteuerungssystem realisiert, die lokal (an oder neben der Maschine) oder remote, z.B. in einem anderen Raum, angeordnet sein kann und im Beispielsfall über ein angeschlossene Anzeige- und Bedieneinheit 195 mit grafischer Benutzeroberfläche bedient werden kann.

Zum Transport der Bremsscheiben zwischen den Arbeitsstationen 110, 120 dient ein maschineninternes Transportsystem mit einem Rundtisch bzw. Drehtisch 150, der auf bzw. in der Maschinenbasis 102 um eine vertikale Drehtischachse 152 drehbar gelagert und mithilfe eines Rotationsantriebs 105 um die Drehtischachse unbegrenzt drehbar ist.

An der in Fig. 1 links liegenden Seite befindet sich die Ladestation 110. Dort wird eine erste Bremsscheibe (hier WS1) in horizontaler Ausrichtung, d.h. mit vertikal ausgerichteter Rotationsachse („Plattenspieler-Anordnung“), auf einer Werkstückspindel 154 aufgenommen. Das Laden kann z.B. mittels eines Roboters oder einer anderen Handling-Einrichtung oder auch manuell durchgeführt werden. Die Befestigung kann z.B. über Einspannen an einer Werkstückhaltevorrichtung bzw. Werkstückaufnahme 155 der Werkstückspindel derart erfolgen, dass die Bremsscheibe drehfest eingespannt bzw. aufgespannt ist und die Rotationsachse der Bremsscheibe koaxial zur Rotationsachse 156 liegt. Eine drehfeste Verbindung zur Werkstückspindel kann auch durch Niederhalten oder Festhalten von oben realisiert werden. Im Beispiel sind vertikal verfahrbare Niederhalter 158 vorgesehen.

Eine derart geladene Bremsscheibe wird dann durch Drehung des Rundtischs um 180° im Uhrzeigersinn zu einer Arbeitsposition 125 im Bereich der Schleifstation 120 transportiert. Dort finden vollautomatisch gesteuert die später noch beschriebenen Arbeitsschritte der Schleifoperation (eine oder mehrere) statt. In der Ladestation 110 kann zeitgleich eine vorher fertig geschliffene Bremsscheibe entnommen und eine neue, noch nicht geschliffene eingespannt werden. Nach Abschluss einer Schleifbearbeitung wird die beidseitig fertig geschliffene Bremsscheibe durch 180°-Drehung zur Ladestation 110 transportiert, von wo sie zum Beispiel mittels eines Roboters oder einer anderen Handling-Einrichtung oder auch manuell entladen werden kann. Auf die dann frei gewordene Werkstückspindel kann eine neue zu schleifende Bremsscheibe aufgespannt werden, so dass mit Ausnahme der Wechselzeiten beide Werkstückspindeln mit Bremsscheiben belegt sind und sich jeweils in unterschiedlichen Phasen der Handhabung befinden.

Die Schleifmaschine bearbeitet die Werkstückflächen im Doppel-Seitenplanschleifverfahren. An der Schleifstation 120 weist die Schleifmaschine 100 eine Schleifeinheit 121 mit zwei idealerweise koaxial zueinander an einem Gestellteil angeordnete Werkzeugspindeln (obere Werkzeugspindel 132-1 bzw. untere Werkzeugspindel 132-2) auf, die jeweils eine Schleifscheibe (obere Schleifscheibe 130-2 bzw. untere Schleifscheibe 130-2) tragen. Die Schleifscheiben weisen einander zugewandte abrasive Seitenflächen 135-1 bzw. 135-2 auf und sind so angeordnet, dass diese Schleifflächen einen Schleifraum 133 axial begrenzen. Jede der Schleifscheiben ist mittels eines zugeordneten Spindelantriebs bzw. Rotationsantriebs (oberer Rotationsantrieb 134-1 bzw. unterer Rotationsantrieb 134-2) unabhängig von der anderen Schleifscheibe um die zugeordnete Rotationsachse 136-1 bzw. 136-2 drehbar und kann mittels eines eigenen Zustellantriebs (oberer Zustellantrieb 131-1 bzw. unterer Zustellantrieb 131-2) parallel zu der zugeordneten Rotationsachse mit vorgebbarem Zustellgeschwindigkeitsprofil zugestellt bzw. vorgeschoben werden.

Die Schleifscheiben 130-1 , 130-2 sind als in Umfangsrichtung segmentierte Topfscheiben mit einzeln auswechselbaren und individuell justierbaren leistenförmigen Schleifsegmenten ausgebildet.

Eine Besonderheit der Schleifmaschine 100 besteht darin, dass sie zwei integrierte Positionsmesssysteme aufweist, deren Ergebnisse miteinander verknüpft und gemeinsam ausgewertet werden können, um die Operationen der Schleifmaschine zu steuern. Die Schleifmaschine weist ein erstes Positionsmesssystems 200 auf, das dafür eingerichtet ist, im Wege von berührungslosen Abstandsmessungen Werkstückpositionsdaten zu ermitteln, die die Axialpositionen der zu schleifenden Werkstückoberflächen 01, 02 des Bremsabschnitts BA (Oberseite und Unterseite) an mindestens einem Oberflächenort in Bezug auf ein maschinenfestes Referenzkoordinatensystem RKS repräsentieren. Zugehörige Hardwarekomponenten (u.a. Abstandssensoren S1-1 und S2-1 in Form vom Messdüsen eines Luftmesssystems) sind im Bereich der Arbeitsposition 125 der Werkstückspindel in der Prozesszone der Schleifstation 120, jedoch außerhalb des Schleifraums 133 angeordnet.

Im Bereich der Schleifstation 120 sind weiterhin Hardwarekomponenten eines zweiten Positionsmesssystems 300 angeordnet, das dafür eingerichtet ist, im Wege von berührungslosen Abstandsmessungen Werkzeugpositionsdaten zu ermitteln, die die Axialpositionen der einander zugewandten abrasiven Seitenflächen 135-1 , 135-2 der beiden Schleifscheiben in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem RKS repräsentieren. Werkzeugnahe Hardwarekomponenten (u.a. Abstandssensoren S1-2 und S2-2 in Form vom Messdüsen eines Luftmesssystems) sind innerhalb des Schleifraums 133 angeordnet.

Die „Axialposition“ einer Oberfläche ist dabei die Position der Oberfläche am Messort in einer Axialrichtung, die hier der Z-Richtung des Referenzkoordinatensystems RKS entspricht. Bei ideal eingerichteter Schleifmaschine sind die Rotationsachsen der Werkstückspindeln 154 und der Werkzeugspindeln 136-1, 136-2 parallel zur Axialrichtung ausgerichtet. Die Zustellbewegungen bzw. Vorschubbewegungen der Schleifscheiben verlaufen in Axialrichtung.

Das erste Positionsmesssystem 200 kann auch als Werkstückpositionsdaten-Messsystem 200 und entsprechend das zweite Positionsmesssystem 300 als Werkzeugpositionsdaten- Messsystem 300 bezeichnet werden.

Die Messergebnisse der beiden Positionsmesssysteme werden in einer Auswerteeinheit gemeinsam verarbeitet. Die Auswerteeinheit kann ein funktionaler Bestandteil der Steuereinheit 190 sein und durch entsprechende Auswertesoftware realisiert werden. Dadurch, dass die auf das Werkstück bezogenen Positionsdaten und die auf das Werkzeug bezogenen Positionsdaten in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem RKS vorliegen, kann der räumliche Bezug zwischen den abrasiven Seitenflächen 135-1, 135-2 der Schleifscheiben und den jeweils zugeordneten Werkstückoberflächen 01, 02 jederzeit rechnerisch bestimmt werden. Bei der gezeigten Konfiguration sind beide Positionsmesssysteme als pneumatische Abstandsmesssysteme ausgelegt. Als Abstandssensoren dienen dabei jeweils Messdüsen, die im Betrieb Druckluft in Richtung der zu messenden Oberfläche abstrahlen. Das Messsignal wird aus einer vom Abstand zwischen Messdüse und Oberfläche abhängigen Eigenschaft der Druckluft gemessen und zur Bestimmung des Abstands ausgewertet.

Bei der Schleifmaschine der Fig. 1 fungiert die Schleifstation 120 gleichzeitig als Werkstück- Messstation. Das erste Positionsmesssystem 200 umfasst (wenigstens) eine obere Messdüse S1-1 und (wenigstens) eine untere Messdüse S2-1. Die obere Messdüse S1-1 ist mit nach unten gerichteter Düsenöffnung angebracht und misst den Abstand zur Oberseite 01 des Bremsabschnitts BA. Die untere Messdüse S2-1 ist mit nach oben gerichteter Düsenöffnung angebracht und misst den Abstand zur Unterseite 02 des Bremsabschnitts BA. Die Sensoren sind jeweils innerhalb eines zugeordneten Arbeitsbereichs sowohl in radialer Richtung zur Drehachse 156 der Werkstückspindel als auch in Axialrichtung automatisch gesteuert verfahrbar. Jedem der Sensoren ist zudem ein Axialpositions-Aktor zur Feineinstellung der Axialposition in Bezug auf den Träger der jeweiligen Messdüse zugeordnet (vgl. Fig. 4).

Beim zweiten Positionsmesssystem 300 ist eine ähnliche Anordnung für die Messungen an den Werkzeugen vorgesehen. Dort sind der obere Sensor S1-2 und der untere Sensor S2-2 jeweils mit einander abgewandten Düsenöffnungen im Bereich des Schleifraums 133 zwischen den abrasiven Seitenflächen 135-1 , 135-2 angebracht, und zwar in Radialrichtung so, dass die abrasiven Flächen der Schneidleisten bzw. Schleifkörper am Topfrand angemessen werden.

Die Schleifmaschine weist weiterhin ein maschineninternes Kalibrierungssystem mit Referenzelementen zur Kalibrierung der Abstandssensoren und für deren Justierung auf. Das erste Positionsmesssystem 200 weist ein Referenzelement RE1 auf, welches im lateralen Verfahrbereich der Messdüsen S1-1, S2-1 angeordnet ist. Das Referenzelement weist auf jeder der Seiten (Oberseite und Unterseite) jeweils zwei zueinander parallele, durch eine Stufe getrennte ebene Messflächen auf, deren Absolut-Positionen im Referenzkoordinatensystem RKS mit hoher Genauigkeit bekannt sind. Ähnliche Referenzelemente RE2-1 und RE2-2 sind auf der gegenüberliegenden Seite für die Kalibrierung der werkzeugseitigen Messdüsen bzw. Abstandssensoren S1-2, S2-2 vorgesehen.

Eine schematische Darstellung des Systemaufbaus mit relevanten Komponenten und Parametern ist in Fig. 2 (Werkstückvermessung) und Fig. 3 (Werkzeugvermessung) dargestellt. Die Oberseite der Werkstückaufnahme 155, auf der die Innenfläche des Nabenabschnitts NA aufliegt, fungiert als Grundlage für die Auflage der Bremsscheibe und definiert hier auch das axiale Bezugsniveau bzw. den axialen Bezug A des Referenzkoordinatensystems RKS. Alle Abstände (Axialabstände) beziehen sich in der Z-Achse auf diesen Bezug A. Ein Grundgedanke der in der Schleifmaschine realisierten Messstrategie basiert darauf, dass die sensorisch erfassten Abstände immer in Bezug zum Bezugs A erfasst werden. Alle bei den Abstandsmessungen ermittelten Messsignale bzw. die daraus abgeleiteten Daten liegen dem zentralen Steuerungssystem bzw. der Steuereinheit 190 zur Verrechnung vor.

Mithilfe der Referenzelemente RE1 auf der Werkstückseite bzw. RE2-1 und RE2-2 auf der Werkzeugseite können die pneumatischen Abstandssensoren jeweils mit dem Bezug A abgestimmt werden. Da jedes Referenzelement zwei in Z-Richtung versetzt zueinander liegende ebene Messflächen mit definiertem Axialabstand aufweist, ist auch eine Kalibrierung der Messsensoren an diesen Referenzelementen möglich.

Die durch die Messdüsen gebildeten berührungslosen Sensoren (Abstandssensoren) S1-1, S1- 2 etc. des pneumatischen Messsystems sind mit taktilen Sensoren ST1-1, ST1-2 etc. mechanisch gekoppelt. Genauer gesagt sind die Messdüsen jeweils an dem axial verstellbaren Tastglied des taktilen Sensors befestigt. In Fig. 4 ist diese Kopplung schematisch dargestellt. Diese Ausgestaltung bietet Vorteile unter anderem im Hinblick auf die Möglichkeit einer Messbereichserweiterung (durch axiale Verlagerung des Messdüse über größere Fahrwege), der Kalibrierung und der Justierung der Axialpositionen der Messdüse. Diese Konfiguration weist somit einen taktilen Abstandssensor auf, der mechanisch mit dem berührungslosen Abstandssensor (Messdüse) gekoppelt ist.

Diese Kombination von zwei Sensoren ist für verschiedene Anwendungsfälle vorteilhaft, kann aber auch anders ausgeführt werden, beispielsweise über eine Kombination von einer Referenzplatte und einer einmaligen Vermessung mit einem externen Messsystem. Auch dadurch kann die messtechnische Rückführbarkeit der Messergebnisse sichergestellt werden.

Der Aufbau und die Funktionalität bei den Sensoren ist auf der Werkzeugseite vergleichbar zur Werkstückseite. Ein Unterschied besteht darin, dass hier die Messdüsen S1-2, S2-2 in anderer Ausrichtung (mit voneinander abgewandten Düsenöffnungen) angeordnet sind. Entsprechend gibt es auf der Werkzeugseite ein oberes Referenzelement RE2-1 und ein unteres Referenzelement RE2-2.

Bei der berührungslosen pneumatischen Abstandsmessung, also der sensorischen Erfassung des Abstands zwischen Messsensor und angemessener Oberfläche, wird der Abstand vom Sensor zur gemessenen Oberfläche berührungslos erfasst. In Fig. 5 ist beispielhaft die Situation im Bereich des Sensors S1-2 zur Messung der Axialposition der Seitenfläche 135-1 der oberen Schleifscheibe 130-1 gezeigt. In analoger Weise wird die Axialposition der Seitenfläche der unteren Schleifscheibe vermessen.

Die berührungslosen Abstandssensoren (Messdüsen) sind beweglich gelagert und können über eine zugeordnete Maschinenachsen in Z-Richtung (Axialrichtung) und senkrecht dazu in X- Richtung (Radialrichtung in Bezug auf die Werkstückdrehachse) bewegt werden, um verschiedene Arbeitspositionen einnehmen zu können. In Fig. 2 sind unterschiedliche Arbeitspositionen desselben Sensors S1-1 dargestellt. Arbeitsposition P1 entspricht einer ersten Referenzposition für Kalibrierung und/oder Justierung an der ersten ebenen Referenzfläche des Referenzelements RE1. Position P2 entspricht einer zweiten Position zur Kalibrierung/Justierung an einer axial versetzten weiteren Axialposition. Position P3 zeigt die Vermessung der oberen Werkstückoberfläche 01 zur Abstandserfassung im Prozess und auch bei einer vorgeschalteten Messung (z.B. im Rahmen einer Eingangskontrolle). Position P4 ist eine Referenzposition zum Abgleich mit dem Werkstückbezug (Bezug A). Die Referenzen sind zur Absicherung und Überprüfung redundant.

Es ist ersichtlich, dass hier eine Vielzahl geometrischer Variablen an der Werkstückseite und an der Werkzeugseite genutzt werden können. Alle dargestellten Abstände sind dem zentralen Steuerungssystem 190 bekannt und können beispielsweise in einem für die Steuereinheit zugänglichen Speicher digital gespeichert werden. Ein Teil der Werte kann aus Messungen mithilfe externer Messsysteme generiert werden oder durch Bedienereingaben. Eine andere Gruppe von Messwerten stammt von den Messungen mit den integrierten Sensoren. Dazu gehören sowohl die berührungslosen Sensoren Sx des Positionsmesssystems (Messdüsen) als auch die zu deren axialer Verlagerung genutzten taktilen Sensoren STx. Weitere Werte können aus Messungen der Aktorik stammen, z.B. von Gebern von Antrieben für Maschinenachsen.

Mithilfe des ersten Positionsmesssystems 200 und des zweiten Positionsmesssystems 300 können somit die Werkstückpositionsdaten (Axialpositionen der zu schleifenden Oberflächen an dem Bremsabschnitt) und die Werkzeugpositionsdaten (Axialpositionen der abrasiven Seitenflächen der Schleifscheiben in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem) bei Bedarf erfasst und der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden. Die beiden Positionsmesssysteme werden phasenweise gleichzeitig betrieben. Die Auswerteeinheit kann die generierten Daten auswerten und so aufbereiten, dass die Steuereinheit 190 die Zustellung der Schleifscheiben und/oder andere Schleifparameter 130-1 , 130-2 während verschiedener Phasen in Abhängigkeit von diesen Werkstückpositionsdaten und Werkzeugpositionsdaten steuern kann. Die insgesamt hohe Messgenauigkeit wird auch dadurch begünstigt, dass die Messungen am Werkstück durchgeführt werden können, das sich bereits in seiner Arbeitsposition 125 in der Nähe der Schleifscheiben befindet.

Nachfolgend werden einige Beispiele für nützliche Betriebsmodi erläutert.

In einem Betriebsmodus kann eine Eingangskontrolle eines neu geladenen, zu schleifenden Werkstücks in der Schleifmaschine durchgeführt werden. Um die Eingangsqualität des neuen Werkstücks zu erfassen, wird das Werkstück (die Bremsscheibe) nach dem Einlegen und Niederhalten zunächst von der Ladestation zu seiner Arbeitsposition 125 in der Schleifstation 120 transportiert. Dort wird es einmal mit einer definierten Umfangsgeschwindigkeit gedreht. Die Winkellagen dieser Drehbewegung werden durch Drehgebersignale am Drehantrieb der Werkstückdrehung erfasst. Die Werkstückaufnahme 155 ist mit einer Verdrehsicherung ausgestattet, so dass die Werkstückaufnahme eine der Steuereinheit bekannte definierte Nulllage aufweist. Eine aktuelle Werkstücklage kann dann im Vergleich zu einer Referenzscheibe bzw. einem Referenzbezug bewertet werden. Im Ablauf wird initial eine ideale Referenz eingemessen. Dabei werden alle Abstandswerte mit dem Ortsbezug der Winkelstellung sowie mit dem X-Abstand (radialer Abstand zur Drehachse 156) und dem Z- Abstand (Abstand in Axialrichtung) erfasst und in einer Referenzmatrix gespeichert. Anschließend wird das Werkstück eingelesen und zur Referenz verglichen. Dadurch ist es möglich, relevante geometrische Charakteristika der Bremsscheibe, beispielsweise eine eventuelle Schirmung der Bremsscheibe im Umfang zu bewerten und gegebenenfalls im nachfolgenden Prozess zu berücksichtigen.

Auf analoge Weise kann auch eine Ausgangskontrolle des fertig geschliffenen Werkstücks nach Beendigung des Schleifprozesses in der Schleifstation 120 erfolgen. Die am Werkstück ermittelten Messwerte können mit den Referenzwerten verglichen werden. Gegebenenfalls kann auch nochmals eine Referenzscheibe vermessen werden, um Vergleichswerte zu liefern.

Bei jeder dieser Messungen werden die Werkstückpositionsdaten, also die lokalen Axialpositionen der Werkstückoberfläche, für eine Vielzahl von Oberflächenorten (bzw. Messstellen) ortsauflösend erfasst, um sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung eine zur Bewertung der Qualität ausreichende Anzahl von Messdaten zu generieren. In den Fig. 6 und 7 sind zwei mögliche Messstrategien schematisch dargestellt. Bei der Variante von Fig. 6 wird lediglich ein einziger Abstandssensor S1-1 verwendet, der im Verlauf der Drehung des Werkstücks WS1 allmählich in Radialrichtung von innen nach außen oder von außen nach innen verfahren wird. Dadurch liegen die vermessenen Messorte MO auf einer spiralförmigen Bahn. Bei einer feinmaschigen Spirale können die Ergebnisse gegebenenfalls zu Kreisringen interpoliert werden.

Alternativ ist es auch möglich, einen Sensor zu verwenden, der schrittweise an verschiedene Radialpositionen verfahren wird und während einer Drehung des Werkstücks nicht verfährt. Dann liegen die vermessenen Oberflächenorte bzw. Messstellen MO jeweils auf konzentrischen Ringen, deren Radialabstand entsprechend der gewünschten Ortsauflösung in Radialrichtung gewählt werden kann. Die X-Auflösung dieser Verfahren ist variabel und hängt lediglich von der Größe des Messflecks einer Einzelmessung ab.

Es ist auch möglich, mehrere Abstandssensoren gleichmäßig oder ungleichmäßig in Radialrichtung auf der Spurbreite der Bremsscheibe zu verteilen (vgl. Fig. 7). Hierbei wird ggf. lediglich eine einzige Rotation des Werkstücks benötigt. Die radiale Auflösung ist dabei vom Verteilungsabstand und vom Messfleck abhängig.

Eine mögliche Ergebnisauswertung wird anhand von Fig. 8 erläutert. Dabei zeigt Fig. 8A schematisch eine Darstellung der Ortsbezüge, Fig. 8B zeigt Signalverläufe verschiedener Sensoren S1 , S2, S3 bei einer Umdrehung U um 360°, wobei auf der x-Achse des Diagramms die Zeit und auf der y-Achse die Axialposition bzw. ein Abstandswert ABZ aufgetragen ist. Fig. 8C zeigt die Verrechnung der Messwerte für die Null-Grad-Position P_o, Fig. 8D eine entsprechende Verrechnung für eine andere Position Pj. Bezugszeichen SP bezeichnet die von den drei Sensoren abgedeckte Spurbreite in Radialrichtung.

Jeder Abstandssensor hat zu einem gegebenen Zeitpunkt t einen eindeutigen Ort im Referenzkoordinatensystem. Der Ort X (Radialposition bezogen auf die Drehachse des Werkstücks) ist in diesem Beispiel dabei eine konstante Position für jeden Abstandssensor. Die Y-Position verändert sich durch die Rotation (Rotationswinkel RW) und wird durch den Winkelgeber des Drehantriebs für die Werkstückdrehung generiert. Dieser wird dann in den kartesischen Wert umgerechnet. Die Z-Position entspricht dabei dem gemessenen Sensorabstand, der die Werkstückpositionsdaten repräsentiert. Somit erhält man für jeden Sensor abhängig von der Zeit einen ortsbezogenen Messpunkt auf dem Werkstück.

Die Auswertung bzw. Verwertung im Sinne einer Qualitätsprüfung kann dann beispielsweise so erfolgen, dass für jede Winkellage geprüft wird, ob die Messwerte in einem zulässigen Toleranzbereich zwischen einem oberen Grenzwert OGW und einem unteren Grenzwert UGW liegen oder nicht. Die Information der Eingangsqualität kann genutzt werden, um das Verhalten der Schleifmaschine während der Bearbeitung entsprechend zu steuern. In einem weiteren Betriebsmodus wird eine kontaktlos arbeitende Anfahrsteuerung realisiert, die anhand des Weg-Zeit-Diagramms in Fig. 9 näher erläutert wird. Dabei wird (in Phase PO) auf jeder Seite (oben und unten) die abrasive Seitenfläche einer Schleifscheibe vor Beginn der materialabtragenden Schleifoperation zunächst bei der Zustellung der Schleifscheiben in Richtung der zu schleifenden Werkstückoberfläche im Eilgang mit leicht abnehmender Zustellgeschwindigkeit bis zu einer Position ohne Werkstückkontakt vorgeschoben, in der die Seitenfläche noch in einem Sicherheitsabstand (z.B. von 10 pm bis 100 pm) vor der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche liegt. Ausgehend von dieser Startposition SP wird dann in einer nächsten Zustellphase (Phase P1) das Werkzeug mit verringerter Zustellgeschwindigkeit zugestellt. Diese Anfahrsteuerung wird dadurch ermöglicht, dass die aktuelle Lage (Z-Position) des Werkstücks und die aktuelle Lage des Werkzeugs aufgrund der kontinuierlich laufenden Abstandsmessungen am Werkstück und am Werkzeug jederzeit bekannt sind. Damit können beide Werkzeuge gleichzeitig zunächst im Eilgang zugestellt werden. Die aktuellen Axialpositionen der abrasiven Seitenflächen werden dabei durch die berührungslose Abstandsmessung erfasst. Die Axialpositionen der Werkstückoberflächen sind bereits im Rahmen der Eingangsprüfung erstmals erfasst worden, sie können weiterhin kontinuierlich bestimmt werden.

Der Bediener kann nun einen Sicherheitsabstand vorgeben, bis zu dem die abrasiven Seitenflächen im Eilgang vorgeschoben werden können, bevor vom Eilgang auf eine niedrigere Zustellgeschwindigkeit umgestellt wird. Die Umschaltung von der Phase PO (Eilgang) in die Phase P1 (Vorschub bis zum Werkstückkontakt und darüber hinaus mit Materialabtrag) erfolgt dabei basierend auf den berührungslos erfassten Messwerten, die durch die Sensoren permanent erfasst werden. In der Phase P1, die nach Erreichen des Startpunkts SP beim Sicherheitsabstand beginnt, kann der weitere Vorschub der Werkzeuge dann über die Steuereinrichtung 190 geregelt werden.

In der Phase PO befinden sich die Werkzeuge bzw. die Werkzeugspindeln in ihrer Grundstellung. Die Werkzeuge und das Werkstück rotieren dabei. Beide Werkzeuge (obere und untere Schleifscheibe) bewegen sich dann gleichzeitig in Richtung des Werkstücks. Da die axialen Positionen der zu schleifenden Werkstückoberflächen bekannt sind bzw. gemessen werden können und die axialen Positionen der abrasiven Seitenflächen permanent durch Messung bekannt sind, kann der Abstand zwischen Werkstückoberfläche und abrasiver Seitenfläche jederzeit bestimmt werden, so dass die Startposition SP mit Sicherheitsabstand mit hoher Genauigkeit angefahren werden kann. Für die Umschaltung in Phase P1 ist in der Maschinensteuerung durch Bedienereingabe der gewünschte Wert für den Sicherheitsabstand zur Umschaltung in die Phase P1 bekannt. Der Sicherheitsabstand kann beispielsweise in der Größenordnung von ca. 10 pm bis ca. 100 pm liegen. Der Startpunkt SP der Phase P1 kann somit aus der Bedienereingabe und der aktuellen Geometrie des Werkstücks sowie aus den Messwerten für die Werkzeugposition bestimmt werden. In Fig. 9 ist schematisch ein Weg-Zeit-Diagramm für einen möglichen Geschwindigkeitsverlauf der Zustellbewegung im Rahmen der Anfahrsteuerung gezeigt. Der Umschaltpunkt zwischen Phase PO und Phase P1 liegt dort, wo der vorgegebene Sicherheitsabstand erreicht ist. Das ist der Startpunkt SP für den gesteuerten Vorschub gemäß Programmierung.

Diese kontaktlos arbeitende Anfahrsteuerung hat gegenüber herkömmlichen Anfahrsteuerungen, die auf einem physikalischen Kontakt zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeug angewiesen sind, erhebliche Vorteile. Wird im Eilgang bis zum Kontakt zwischen rotierendem Werkzeug und rotierendem Werkstück zugestellt, so findet unmittelbar nach Eingriff der abrasiven Seitenfläche des Werkzeugs mit der Werkstückoberfläche ein starker Materialabtrag statt, der gleichzeitig auch zu einem hohen Verschleiß am Werkzeug führt. Insbesondere bei der Bearbeitung von gegebenenfalls sehr harten Beschichtungen auf Bremsscheiben kann dementsprechend der Werkzeugverschleiß erheblich sein. Die kontaktlose Anfahrsteuerung vermeidet diese Situation mit besonders großem Werkzeugverschleiß, ohne dass der Gesamtprozess signifikant verlangsamt wird, da im Eilgang bis unmittelbar vor Erreichen des Kontakts zugestellt werden kann, der Kontakt aber erst wenig später bei deutlich niedrigerer Zustellgeschwindigkeit und entsprechend geringerem Verschleiß erreicht wird.

Gerade beim Schleifen von gegebenenfalls sehr harten Beschichtungen auf Bremsscheiben kann der Werkzeugverschleiß zu einem erheblichen Kostenfaktor werden. Aufgrund der in Echtzeit vorliegenden Positionsinformationen, die mithilfe der Positionsmesssysteme erfasst werden, können dennoch Schleifverfahren mit besonders geringem Werkzeugverschleiß realisiert werden. Vorteile ergeben sich auch im Hinblick auf Verschleißkompensation. Durch die beschriebene Anfahrsteuerung ist unmittelbar vor Start der materialabtragenden Bearbeitung die axiale Lage des Schneidmittels bekannt, so dass insoweit eine Kompensation schon realisiert ist.

Während der Schleifbearbeitung können die Achspositionen der Werkstückspindeln und die Abstände an den Werkzeugen und am Werkstück so erfasst und verwertet werden, dass daraus jederzeit Informationen über den Werkzeugverschleiß abgeleitet werden können. Um beispielsweise die aktuelle Belagshöhe des Schneidmittels an den Schleifscheiben zu ermitteln, kann vom Bediener die ursprüngliche Belagshöhe, die nach dem Rüsten vorlag, in die Steuerung eingetragen werden. Dadurch, dass während der Bearbeitung die Positionen der für die Zustellung genutzten Maschinenachsen und die Abstände an Werkzeugen und Werkstücken erfasst werden, kann der Verschleiß unmittelbar berechnet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich u.a. im Hinblick auf die Abschaltung des Schleifprozesses, auf Phasenumschaltungen im Verlauf des Schleifprozesses, auf eine Verschleißüberwachung und ggf. Verschleißkompensation sowie auf die Möglichkeit, Echtzeitinformation zum prozessspezifischen Schleifverhältnis zu bestimmen und damit den Prozessablauf zu optimieren. Dies wird vor allem anhand der Fig. 10 bis 12 erläutert.

Während der Anfahrphase und während der materialabtragenden Schleifbearbeitung sind die Abstandssensoren dauerhaft aktiv und erfassen u.a. die zeitabhängige Bearbeitung, also Abstandswerte in Abhängigkeit von der Zeit.

Einige für das Verständnis hilfreiche Zusammenhänge werden anhand von Fig. 10 erläutert. Diese zeigt anhand eines schematischen Diagramms die Zeitabhängkeit einiger Parameter während einer Schleifoperation. Dazu ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate der Wert des Parameters ABZ eingetragen, der den in Axialrichtung gemessenen Abstand zwischen einem Abstandssensor und der von diesem beobachteten Werkstückoberfläche angibt. Im Beispielsfall handelt es sich um den Sensor S2-1 , der außerhalb des Schleifraums seinen Abstand zur Unterseite des Bremsabschnitts BA misst. Dieser Abstand nimmt mit zunehmendem Materialabtrag an dieser Unterseite zu. Die waagrechte Linie ABS repräsentiert denjenigen Abstandswert, der vorliegen wird, wenn das vorgegebene Endmaß für die Axialposition der Bremsscheibenunterseite erreicht ist.

Der Prozess bzw. die Schleifoperation durchläuft eine Abfolge von Phasen, wobei Phase PO die Anfahrtsphase ist. Die Phase P1 ist die erste Phase des Vorschubs der Schleifwerkzeuge mit einer vorprogrammierten ersten Zustellgeschwindigkeit. Die Phase Pn, die sich nach einem programmierten Umschaltzeitpunkt an die Phase P1 anschließt, wird mit geringerer Zustellgeschwindigkeit durchgeführt, bis das Endmaß erreicht ist. Nach Abschluss der ersten Phase kann es eine einzige oder mehrere aufeinander folgende Phasen mit unterschiedlichen Schleifparametern geben.

Zunächst wird das Werkstück auf die Werkstückaufnahme aufgelegt und mit dem Niederhalter fest auf diese aufgedrückt. Hierbei können sich Abstandsänderungen ergeben. Mit dem Niederhalten ist ein fester Bezug zum maschinenfesten Referenzkoordinatensystem hergestellt. Daran schließt sich die Anfahrphase an, in der noch kein Kontakt zwischen Werkzeug (Schleifscheibe) und Werkstückoberfläche vorliegt. Dementsprechend ist in dieser Phase PO der Abstand (bis auf kleinwellige periodische Schwankungen aufgrund azimutaler Welligkeiten im Werkstück) konstant. Die erste Phase (Phase P1) beginnt in diesem Beispiel, wenn der Werkstückkontakt hergestellt ist. Es ist ersichtlich, dass in der ersten Phase der Abstand mehr oder weniger kontinuierlich (bis auf die überlagerten Welligkeiten) zunimmt. Nach Umschalten auf die folgende Phase Pn im Umschaltpunkt UP nimmt der Abstand weniger schnell zu, was einem geringeren Materialabtrag pro Zeiteinheit entspricht. Mit diesem Materialabtrag wird dann der Abschaltpunkt AP erreicht.

Diese Variante der Abschaltung kann so ablaufen, dass der Bediener zunächst ein bauteilabhängiges Maß vorgibt. Die vorgegebenen Maße werden zu entsprechenden Werten für Abstände an den Sensoren verrechnet. Die Schleifmaschine führt bei der Schleifbearbeitung ihr Operationsprogramm fortlaufend durch. Das Positionsmesssystem ist dabei der Master für die Entscheidung der Umschaltung zwischen den Phasen und der Abschaltung am Ende des Schleifprozesses. Somit wird von der Maschinensteuerung die Entscheidung über den Abschaltzeitpunkt bzw. über den Zeitpunkt, wann das gewünschte Maß erreicht ist, basierend auf den vorgegebenen Maßgaben sowie auf den Messwerten des Positionsmesssystems getroffen.

Weitere Möglichkeiten der Gewinnung wichtiger Informationen zur Steuerung des Schleifprozesses ergeben sich in manchen Betriebsmodi dadurch, dass während der Schleifoperation ermittelte zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten mit zeitabhängigen Zustellpositionsdaten ZPOS in Beziehung gesetzt werden. Mit anderen Worten kann die Auswertung erweitert werden, indem man zusätzlich zu den Daten, die sich aus den Abstandsmessungen ergeben, auch Daten oder Werte berücksichtigt, die die aktuellen Achspositionen der jeweiligen Werkzeugspindeln einbeziehen.

Prozessrelevante Zusatzinformation kann z.B. gewonnen werden, wenn die Abstandsmesswerte mit Daten verrechnet werden, die die Zustellung der Werkzeuge, also die maschinenseitige Vorgabe für die Z-Position der Schleifscheibe, repräsentieren. Dies Information kann z.B. aus Weggebersignalen eines Zustellantriebs 131-1, 131-2 oder aus dem Steuerungsprogramm gewonnen werden. Dabei können die Zeitabhängigkeiten des Materialabtrags bzw. der Abstandswerte und der Zustellung beispielsweise in Form von Steigungen angegeben werden. In Fig. 10 entspricht die Steigungsgerade ST1 der Steigung des Abstands ABZ während der Phase P1. Dies kann zum Beispiel einem Materialabtrag im Bereich von ca. 2 pm/s bis ca. 5 pm/s entsprechen. Der geringere Materialabtrag nach Umschaltung in Phase n kann beispielsweise in der Größenordnung von ca. 1 pm/s liegen und wird durch eine Steigungsgerade ST2 mit geringerer Steigung repräsentiert.

Für dasselbe Zeitfenster können entsprechend zeitabhängige Daten auch für die programmierte Zustellung der Schleifscheiben sowie für die Abstände zwischen den Sensoren des zweiten Positionsmesssystems 300 und den jeweils angemessenen Werkzeugseitenflächen (zur Bestimmung der Werkzeugpositionsdaten) ermittelt werden. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 11 drei Weg-Zeit-Diagramme, wobei Fig. 11A Messwerte des Sensor-Systems SSWS auf der Werkstückseite bzw. deren zeitliche Änderung repräsentiert, das mittlere Diagramm (Fig. 11 B) die Steigung repräsentiert, die sich aus der programmierten Zustellgeschwindigkeit ZPOS der Werkzeuge ergibt, und das rechte Diagramm (Fig. 110) die zeitliche Entwicklung der Abstände ABZ des zweiten Positionsmesssystems (des Sensorsystems SSWZ der Werkzeugseite) repräsentiert. Aus den Verhältnissen dieser Steigungen können signifikante Aussagen über den Schleifprozess gezogen werden.

Wie oben schon erwähnt, repräsentiert die Steigungsgerade ST1 die zeitliche Änderung des Abstands zwischen dem Sensor S2-1 und der Unterseite des Werkstücks und sollte damit im Wesentlichen den Materialabtrag an dieser Werkstückunterseite repräsentieren. Wenn nun die programmierte Zustellgeschwindigkeit einer Gerade mit derselben Steigung entspricht, so kann das (im Idealfall) bedeuten, dass der komplette Vorschub verlustfrei in Werkstückabtrag umgesetzt wird, was einem Schleifprozess ohne Verschleiß der Schleifkörper entsprechen würde.

In einem realitätsnäheren Fall wird jedoch die Zustellgeschwindigkeit (mittleres Diagramm, Z- Achse ZA) tendenziell größer sein als der damit erzielbare Materialabtraggeschwindigkeit. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 10 noch eine Steigungsgerade ST3 eingetragen, deren Steigung deutlich größer ist als die Steigung, die sich aus der zeitlichen Beobachtung des Abstandswerts ergibt (Steigungsgerade ST1). Diese Diskrepanz kann mindestens zwei unterschiedliche Ursachen haben, nämlich Verschleiß und Deformationen an den Werkzeugen.

In der Regel verschleißen die Schleifkörper mehr oder weniger schnell, so dass nur ein Anteil des Zustellwegs tatsächlich in Materialabtrag in z-Richtung umgesetzt wird und ein anderer Teil den Materialverschleiß kompensiert. Als anschaulicher Grenzfall kann ein Schleifprozess angesehen werden, bei dem die mechanische Härte der zu schleifenden Werkstückoberfläche wesentlich größer ist als die Härte der Schleifkörper, so dass trotz Vorschubs praktisch kein Materialabtrag stattfindet. In diesem Fall wäre die Steigung für den Materialabtrag nahezu null, während sich durch den kontinuierlichen Vorschub für die Zustellung eine deutlich größere Steigung ergeben würde.

Eine zweite Ursache für eine Abweichung der Steigungen zwischen gemessenem Abstandswert und zeitlicher Änderung der Zustellposition liegt in einer möglichen Deformation der Komponenten der Schleifeinheit. Diese sollte zwar so steif wie möglich aufgebaut werden, gewisse Nachgiebigkeiten werden jedoch unvermeidbar sein. Dann kann es sein, dass ein Teil der bei der Zustellung der Schleifscheiben wirkenden Kräfte nicht für den Materialabtrag genutzt wird, sondern zur Deformation der Komponenten der Schleifeinheit führt.

Nach den Erfahrungen der Erfinder ist der auf Verschleiß zurückgehende Anteil der Diskrepanz A deutlich höher als der auf Deformation zurückgehende Anteil, so dass in erster Näherung aus der Diskrepanz zwischen der Steigungsgeraden ST 1 und der Steigungsgeraden ST3 (für die Zustellung) auf den Werkzeugverschleiß geschlossen werden kann.

Um auch den Deformationsanteil bestimmen zu können, gibt es bei manchen Ausführungsformen in der Schleifeinheit einen oder mehrere Deformationssensoren, die die Deformation der Einheit aus Werkzeugspindel und Schleifscheibe auf beiden Seiten messen können, so dass der Deformationsanteil der Diskrepanz bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.

In einem anderen Betriebsmodus ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie quantitative Informationen über das aktuelle Schleifverhältnis G (auch als G-Wert bezeichnet) ermitteln und bereitstellen kann. Das Schleifverhältnis G entspricht dem Verhältnis zwischen Werkstoffabtrag und Scheibenverschleiß jeweils in Volumeneinheiten. Das Schleifverhältnis G bietet damit aussagekräftige Informationen über den Charakter des aktuellen Schleifprozesses, insbesondere im Hinblick auf Werkzeugverschleiß und Effizienz der Schleifbearbeitung bzw. auf das Verhältnis zwischen Materialabtrag und Verschleiß am Werkzeug. Mit dem Schleifverhältnis kann der Prozess in Richtung Produktivität und Leistung beschrieben werden. Die Schleifmaschine bietet die Möglichkeit, das Schleifverhältnis (G-Wert) mit den Werten der vorhandenen Aktoren, Sensoren und Bedienereingaben direkt zur Laufzeit der Maschine zu berechnen. Der G-Wert bzw. entsprechende Daten können dem Bediener in geeigneter Form numerisch und/oder grafisch angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Warnsignal generiert werden, wenn das aktuelle Schleifverhältnis zu stark von einem vorgebbaren Sollwert abweicht oder in Kürze abzuweichen droht. Alternativ oder zusätzlich kann mithilfe der Steuereinheit eine Regelung realisiert werden, z.B. um die Schleifoperation so einzustellen, dass das Schleifverhältnis in einem vorgebbaren Wertebereichsfenster bleibt. Um den G-Wert zu bestimmen, werden bei einer Ausführungsform die folgenden Informationen verarbeitet.

• G1 : Gesamtfläche der Schneidleisten | ASG bzw. die Fläche jeder einzelnen Leiste

• G2: Belagshöhe der Schneidleisten | BHs

• G3: Die aktuelle Achsposition und/oder aktueller Abstand zum Sensor-System Werkzeugseite

• G4: Spurbreite des Werkstückes

• G5: Start und aktuelle Höhe des Werkstückes Oberseite / Unterseite

Aus der Fläche der Schneidleisten G5 und der Höhe der Schneidleisten (G2 / G3) kann das aktuelle Volumen der Schneidleiste VGS(t) bestimmt werden. Aus Spurbreite (Ringfläche | G4) und den Abständen aus dem Sensor-System Werkstückseite (G5) kann das Volumen V_Gw(t) bestimmt werden. Der G-Wert ist bestimmt durch V_Gw(t) / V_GS(t). Mit abnehmendem Verschleiß VS (in Volumeneinheiten) bei konstantem Zerspanungsvolumen steigt der G-Wert G, ein beispielhafter Verlauf ist in Fig. 12 dargestellt. Durch diese Funktionalität wird dem Bediener und/oder der Steuerung die Möglichkeit gegeben, den optimalen Schleifprozess für die jeweilige Bearbeitungsaufgabe einzustellen.

Claims

Patentansprüche

1. Schleifmaschine (100) zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt (WA) eines Werkstücks (WS1, WS2), insbesondere zum Schleifen von Werkstückoberflächen eines kreisringförmigen Bremsabschnitts einer Bremsscheibe, umfassend eine Schleifeinheit (121) mit zwei koaxial zueinander angeordneten Werkzeugspindeln (132-1 , 132-2), die jeweils eine Schleifscheibe (130-1 , 130-2) tragen, wobei die Schleifscheiben mit einander zugewandten abrasiven Seitenflächen (135-1 , 135-2) angeordnet sind, die einen Schleifraum (133) axial begrenzen, wobei jede der Schleifscheiben mittels eines zugeordneten Rotationsantriebs (134-1 , 134-2) unabhängig von der anderen Schleifscheibe um die zugeordnete Rotationsachse (136-1 , 136-2) drehbar und mittels eines Zustellantriebs (131-1, 131-2) parallel zu der zugeordneten Rotationsachse zustellbar ist, wenigstens eine Werkstückspindel (154) mit einer Werkstückaufnahme (155) zur drehfesten Aufnahme des Werkstücks (WS1 , WS2), wobei die Werkstückaufnahme mittels eines Rotationsantriebs (157) um eine parallel zu den Rotationsachsen der Schleifscheiben verlaufende Rotationsachse (156) drehbar und zumindest während einer Phase einer Schleifoperation derart in einer Arbeitsposition angeordnet ist, dass der Werkstückabschnitt (WA) des aufgenommenen Werkstücks kreisbogenförmig durch den Schleifraum verläuft; ein Betriebssteuerungssystem mit einer Steuereinheit (190) zum Steuern des Betriebs der Schleifmaschine, gekennzeichnet durch ein erstes Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkstückpositionsdaten, die eine Axialposition einer Werkstückoberfläche (01, O2) an mindestens einem Oberflächenort in Bezug auf ein maschinenfestes Referenzkoordinatensystem (RKS) repräsentieren, und ein zweites Positionsdatenermittlungssystem zum Ermitteln von Werkzeugpositionsdaten, die eine Axialposition einer der Werkstückoberfläche (01, 02) zugewandten abrasiven Seitenfläche (135-1 , 135-2) in Bezug auf dasselbe

Referenzkoordinatensystem (RKS) repräsentieren, wobei die Steuereinheit (190) in wenigstens einem Betriebsmodus konfiguriert ist, wenigstens einen Schleifparameter in mindestens einer Phase der Schleifoperation in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder den Werkzeugpositionsdaten zu steuern.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Schleifparameter aus der folgenden Gruppe in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder den Werkzeugpositionsdaten zu steuern: eine Zustellgeschwindigkeit einer Schleifscheibe; eine Drehzahl einer Schleifscheibe eine Drehzahl der Werkstückspindel, die das Werkstück für die Schleifoperation trägt; eine Drehrichtung der Werkstückspindel, die das Werkstück für die Schleifoperation trägt.

3. Schleifmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste

Positionsdatenermittlungssystem als ein erstes Positionsmesssystem (200) zur messtechnischen Ermittlung der Werkstückpositionsdaten und das zweite

Positionsdatenermittlungssystem als ein zweites Positionsmesssystem (300) zur messtechnischen Ermittlung der Werkzeugpositionsdaten im gleichen

Referenzkoordinatensystem (REF) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das erste

Positionsmesssystem (200) und/oder das zweite Positionsmesssystem (300) ein berührungslos arbeitendes Positionsmesssystem ist.

4. Schleifmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionsmesssystem (200) ausgebildet ist, das Werkstück (WS2) in einem an der Werkstückaufnahme (155) eingebauten Zustand zu vermessen, vorzugsweise derart, dass Positionsmessungen durchführbar sind, wenn sich die Werkstückaufnahme (155) mit dem Werkstück in der Arbeitsposition (125) befindet.

5. Schleifmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionsmesssystem (200) und das zweite Positionsmesssystem (300) derart ausgebildet sind, dass Positionsmessungen durchführbar sind, wenn sich die Werkstückaufnahme mit dem Werkstück in der Arbeitsposition befindet, wobei vorzugsweise die Schleifmaschine (100) konfiguriert ist, während mindestens einer Phase einer Schleifoperation Werkstückpositionsdaten und Werkzeugpositionsdaten gleichzeitig zu messen.

6. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Positionsmesssystem (200) und/oder das zweite Positionsmesssystem (300) als Abstandsmesssystem für eine Abstandsmessung zwischen wenigstens einem Abstandssensor (Sx) des Positionsmesssystem und einer zu messenden Oberfläche ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Abstandsmesssystem ein pneumatisches Messsystem mit Abstandssensoren in Form von Messdüsen (Sx) ist.

7. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmaschine ein maschineninternes Kalibrierungssystem mit Referenzelementen (REx) zur Kalibrierung von Sensoren, insbesondere Abstandssensoren (Sx), aufweist, wobei vorzugsweise Abstandssensoren innerhalb eines individuellen Arbeitsbereiches gesteuert verfahrbar sind und jedem Abstandssensor ein Referenzelement (REx) zugeordnet ist, welches sich innerhalb des Arbeitsbereichs des Abstandssensors befindet und für eine Referenzmessung anfahrbar ist und/oder wobei ein Referenzelement an einer für eine Abstandsmessung zugänglichen Seite eine erste Messfläche und wenigstens eine zweite Messfläche aufweist, wobei sich die Messflächen an unterschiedlichen Axialpositionen befinden.

8. Schleifmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass einem Abstandssensor, vorzugsweise jedem der Abstandssensoren (x), ein Axial-Aktor (STx) zur steuerbaren Veränderung einer Axialposition des Abstandssensors zugeordnet ist und/oder dass einem Abstandssensor, vorzugsweise jedem der Abstandssensoren, ein Axial-Weggeber zur Erfassung einer Axialposition des Abstandssensors zugeordnet ist, wobei vorzugsweise ein Abstandssensor, vorzugsweise jeder der Abstandssensoren, eine Messdüse eines pneumatischen Messystems aufweist und die Messdüse an einem axial verfahrbaren Tastglied eines taktilen Sensors befestigt ist.

9. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmaschine (100) als Mehrstationen-Schleifmaschine ausgebildet ist umfassend: ein Transportsystem mit einer relativ zu einer Maschinenbasis (102) beweglichen Spindelträgereinheit (150), die wenigstens eine Werkstückspindel (154) trägt, welche relativ zu der Spindelträgereinheit um eine Rotationsachse (156) drehbar gelagert ist und eine Werkstückaufnahme (155) aufweist; mindestens zwei durch die Werkstückspindel anfahrbare Arbeitsstationen (110, 120), die eine Ladestation (110) und wenigstens eine Schleifstation (120) mit wenigstens einer Schleifeinheit (121) umfassen, wobei vorzugsweise die Spindelträgereinheit nach Art eines Drehtischs drehbar ist oder wenigstens eine translatorisch bewegbare Spindelträgereinheit aufweist, die zwischen Ladestation und Arbeitsstation an der Schleifeinheit hin und her verfahren werden kann.

10. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) in einem Betriebsmodus zur Durchführung einer Eingangskontrolle des zu schleifenden Werkstücks mittels Vermessung des Werkstücks in der Schleifmaschine konfiguriert ist, worin nach der Befestigung des Werkstücks an der Werkstückaufnahme und vor Beginn einer Schleifoperation an dem Werkstück für jede der zu schleifenden Oberflächen des Werkstückabschnitts Werkstückpositionsdaten ermittelt werden, vorzugsweise ortsaufgelöst für eine Vielzahl von in Umfangsrichtung versetzten Oberflächenorten und/oder für eine Vielzahl von in Radialrichtung versetzten Oberflächenorten, wobei insbesondere aus den Werkstückpositionsdaten Werkstückgeometriedaten ermittelt werden.

11. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) in einem Betriebsmodus zur Durchführung einer kontaktlos arbeitenden Anfahrsteuerung konfiguriert ist, worin eine abrasive Seitenfläche einer Schleifscheibe bei der Zustellung in Richtung der zu schleifenden Werkstückoberfläche bis zu einer in einem Sicherheitsabstand von der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche entfernt liegenden Startposition (SP) zugestellt wird, wobei zur Bestimmung der Startposition (SP) initiale Werkstückpositionsdaten und initiale Werkzeugpositionsdaten miteinander verrechnet werden, wobei vorzugsweise die Schleifscheibe bis zum Erreichen der Startposition (SP) mit einer ersten Zustellgeschwindigkeit zugestellt wird und die Zustellgeschwindigkeit bei Erreichen der Ausgangsposition automatisch auf eine geringere zweite Zustellgeschwindigkeit reduziert wird, wobei vorzugsweise die zweite Zustellgeschwindigkeit zumindest bis zum Erreichen einer nominellen Kontaktposition aufrechterhalten wird, bei der die aktuelle Werkzeugaxialposition der initialen Werkstück-Axialposition entspricht.

12. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) in einem Betriebsmodus derart konfiguriert ist, dass während der Schleifoperation Werkzeugpositionsdaten kontinuierlich oder intermittierend in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt werden und daraus resultierende zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten zur Steuerung der Zustellung der Schleifscheiben und/oder mindestens eines anderen Schleifparameters verarbeitet werden.

13. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) in einem Betriebsmodus derart konfiguriert ist, dass während der Schleifoperation ermittelte zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten mit zeitabhängigen Zustellpositionsdaten in Beziehung gesetzt werden.

14. Schleifmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (190) in einem Betriebsmodus konfiguriert ist, Informationen über ein aktuelles Schleifverhältnis G zu ermitteln, welches als Verhältnis zwischen Werkstoffabtrag und Scheibenverschleiß in Volumeneinheiten definiert ist, wobei vorzugsweise ein für einen Schleifprozess gewünschtes Ziel-Schleifverhältnis oder die zur Bestimmung eines Ziel-Schleifverhältnisses erforderlichen Parameter vorgebbar sind und die Steuereinheit konfiguriert ist, anhand von durch Sensoren bereitgestellten Daten permanent oder in kurzen Zeitabständen das aktuelle Schleifverhältnis zu errechnen, mit dem Ziel- Schleifverhältnis zu vergleichen und den Betrieb der Schleifmaschine in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs steuern, insbesondere durch eine der folgenden Maßnahmen: a) Erzeugen eines Warnsignals, insbesondere eines elektrischen, akustischen, optischen und/oder haptischen Warnsignals, wenn das aktuelle Schleifverhältnis einen Toleranzbereich um das Ziel-Schleifverhältnis verlässt oder sich mit bestimmter Änderungsgeschwindigkeit der Toleranzgrenze nähert und eine Grenzüberschreitung bevorsteht; b) Regeln der Schleifoperation auf die Einhaltung des Ziel-Schleifverhältnisses derart, dass eine Schleifoperation ohne Eingriff eines Bedieners im Rahmen von Toleranzen näherungsweise mit den gewünschten Ziel-Schleifverhältnis abläuft.

15. Schleifverfahren zum Schleifen im Wesentlichen planparalleler, kreisringförmiger Werkstückoberflächen an einem scheibenförmigen Werkstückabschnitt eines Werkstücks, insbesondere zum Schleifen von Oberflächen eines kreisringförmigen Bremsabschnitts einer Bremsscheibe, mittels einer Schleifmaschine, die zwei Schleifscheiben mit einander zugewandten abrasiven Seitenflächen aufweist, die einen Schleifraum variabler Höhe axial begrenzen, wobei die Schleifscheiben unabhängig voneinander um koaxiale Rotationsachsen drehbar und durch Vorschub in einer parallel zu den Rotationsachsen orientierten Axialrichtung zustellbar sind, wobei das Werkstück drehfest an einer um eine Rotationsachse drehbaren Werkstückaufnahme aufgenommen und wenigstens während einer Schleifoperation in einer Arbeitsposition derart angeordnet wird, dass der Werkstückabschnitt kreisbogenförmig durch den Schleifraum verläuft, wobei zur Durchführung einer Schleifoperation das Werkstück und die Schleifscheiben in eine Rotation um ihre Rotationsachse versetzt und die abrasiven Seitenflächen durch axiale Zustellung der Schleifscheiben in Eingriff mit der zugeordneten Werkstückoberfläche gebracht werden, wobei das Schleifverfahren für jede zu schleifende Werkstückoberfläche folgende Schritte umfasst:

Ermitteln von Werkstückpositionsdaten, die eine Axialposition einer zu schleifenden Werkstückoberfläche an mindestens einem Oberflächenort in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem repräsentieren, Ermitteln von Werkzeugpositionsdaten, die eine Axialposition einer der Werkstückoberfläche zugewandten abrasiven Seitenfläche in Bezug auf dasselbe Referenzkoordinatensystem repräsentieren,

Steuern mindestens eines Schleifparameters der Schleifoperation in mindestens einer Phase einer Schleifoperation in Abhängigkeit von den Werkstückpositionsdaten und/oder von den Werkzeugpositionsdaten.

16. Schleifverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Werkstückpositionsdaten und/oder der Werkzeugpositionsdaten eine, vorzugsweise berührungslose, Abstandsmessung zwischen wenigstens einem Abstandssensor und der zu messenden Werkstückoberfläche durchgeführt wird, wobei vorzugsweise zur Abstandsmessung ein pneumatisches Messsystem mit wenigstens einer als Abstandssensor fungierenden Messdüse verwendet wird.

17. Schleifverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (WS2) in einem an der Werkstückaufnahme (155) eingebauten Zustand vermessen wird, insbesondere wenn sich die Werkstückaufnahme (155) mit dem Werkstück in der Arbeitsposition (125) befindet.

18. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsmodus eine Eingangskontrolle des zu schleifenden Werkstücks mittels Vermessung des Werkstücks in der Schleifmaschine durchgeführt wird, wobei nach der Befestigung des Werkstücks an der Werkstückaufnahme und vor Beginn einer Schleifoperation an dem Werkstück für jede der zu schleifenden Oberflächen des Werkstückabschnitts Werkstückpositionsdaten ermittelt werden.

19. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine ortsaufgelöste Ermittlung von Werkstückpositionsdaten, indem Werkstückpositionsdaten für eine Vielzahl von in Umfangsrichtung versetzten Oberflächenorten und/oder für eine Vielzahl von in Radialrichtung versetzten Oberflächenorten ermittelt werden, wobei vorzugsweise aus den Werkstückpositionsdaten Werkstückgeometriedaten ermittelt werden, insbesondere eine Dicke des Werkstückabschnitts zwischen den zueinander im Wesentlichen parallelen Werkstückoberflächen, eine Krümmung des Werkstückabschnitts in Radialrichtung und/oder Welligkeiten in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung.

20. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsmodus eine kontaktlos arbeitenden Anfahrsteuerung erfolgt, worin eine abrasive Seitenfläche einer Schleifscheibe bei der Zustellung in Richtung der zu schleifenden Werkstückoberfläche in einem Eilgang bis zu einer in einem Sicherheitsabstand von der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche entfernt liegenden Startposition (SP) zugestellt wird und die Zustellgeschwindigkeit bei Erreichen der Startposition automatisch auf eine geringere zweite Zustellgeschwindigkeit reduziert wird, wobei der Sicherheitsabstand vorgebbar ist und insbesondere im Bereich von 10 pm bis 100pm liegt.

21. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens einer Phase einer Schleifoperation Werkstückpositionsdaten und Werkzeugpositionsdaten gleichzeitig gemessen werden.

22. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 211, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandssensor während des Betriebs der Schleifmaschine von Zeit zu Zeit an einem in einem Arbeitsbereich des Abstandssensors angeordneten Referenzelement eines maschineninternen Kalibrierungssystems kalibriert und gegebenenfalls durch gesteuerte Veränderung der Axialposition des Abstandssensors justiert wird.

23. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schleifoperation Werkzeugpositionsdaten kontinuierlich oder intermittierend in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt und zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten zur Steuerung der Zustellung der Schleifscheiben verarbeitet werden.

24. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsmodus während der Schleifoperation ermittelte zeitabhängige Werkzeugpositionsdaten mit zeitabhängigen Zustellpositionsdaten in Beziehung gesetzt werden.

25. Schleifverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Auswertungsmodus ein Schleifverhältnis G ermittelt wird, wobei vorzugsweise wenigstens ein Schleifparameter des Schleifprozesses in Abhängigkeit von dem Schleifverhältnis G gesteuert wird.