-
Verfahren zum Ermitteln der Härte von Schleifkörpern und Vorrichtung
zum Durchführen dieses Verfahrens Die üblichen Schleifscheiben sind aus Bausteinen
aufgebaut, die als Schleifkörper und Bindungsbrücken bezeichnet werden. Die Zwischenräume,
die nicht ausgefüllt sind, werden Poren genannt. Der geometrische Aufbau des Schleifkörpers
ist durch die Korngröße sowie die volumetrischen Verhältnisse der Korn- und Bindungsanteile
bedingt. Damit sind aber auch die physikalisch-mechanischen Eigenschaften, wie z.
B. die sogenannte Härte der Schleifscheibe, gegeben.
-
Nach den heutigen Vorstellungen versteht man unter der Härte eines
Schleifkörpers die Festigkeit der Bindungsbrücken, die die Körner im Verband zusammenhalten.
Die Größe der Bindungskraft, d. h. der Kraft, die notwendig ist, ein Korn aus der
Bindung herauszubrechen, ist ein Maß für die Beurteilung der Härte.
-
Es wurde versucht, für die Härtemessungen verschiedene Merkmale,
wie die Schabkraft, die Ritzkraft, den Ritzwinkel, die Blastiefe, die Bohrtiefe
usw., auszunutzen.
-
Bei der Messung eines bestimmten Merkmals, zum Bestimmen der Härte
(Kraft, Bohr- oder Blastiefe usw.), sind die statistischen Verteilungen der Körner
und der Bindungsbrücken in bezug auf ihre Abmessungen, die Schwankungen im Fertigungsverfahren
usw. bisher nicht berücksichtigt worden.
-
Die Anzahl der Messungen eines bestimmten Merkmals ist bei allen bekannten
Verfahren viel zu klein gewählt worden, um eine repräsentative Stichprobe für die
genaue Beurteilung der Härte erhalten zu können. Die Streuungen, die durch die Verteilungen
der Bausteine in ihren Abmessungen bedingt sind, sind viel zu groß, um eine zuverlässige
Aussage über die Härte des Schleifkörpers beim kleinen Stichprobenumfang zu gewährleisten.
Ferner werden bei den bekannten Härteprüfverfahren die Bindungsbrücken und Körner
zerstört, was sich auf das Meßergebnis ungünstig auswirkt und eine Verfälschung
der Messung zur Folge hat. Das sind die wesentlichen Gründe, die den Einsatz der
bekannten Härteprüfverfahren in der Praxis verhindert haben.
-
Die bekannten Prüfverfahren definieren die Härte der Scheibe als
Funktion der mittleren oder maximalen Kraft, die notwendig ist, um eine größere
Anzahl von Körnem beim Durchfahren einer bestimmten Strecke gleichzeitig aus der
Schleifscheibe durch einen breiten Meißel herauszubrechen.
-
Außerdem ist ein Prüfverfahren bekanntgeworden, bei dem ein Schleifkörper
durch ein parallel zu seiner Oberfläche geführtes Ritzwerkzeug geritzt wird, wobei
eine größere Anzahl von Körnern heraus-
gerissen wird. Das Meßergebnis erhält man
durch Bildung des Mittelwertes der aufzuwendenden Kraft beim Ausbrechen der Körner.
Diese mittlere Kraft ergibt sich aus der Arbeit und dem Prüfweg, und zwar ermittelt
man die Arbeit bzw. die mittlere Kraft aus der Leistung, die über einen Motor gemessen
wird.
-
Bei einem anderen Verfahren wird der Mittelwert der zum Ausbrechen
der Körner aus dem Schleifkörper erforderlichen Kräfte durch Eindrücken eines Werkzeuges
in die Schleifkörperoberfläche ermittelt.
-
Das Meßergebnis ist aber ungenau, weil hierbei nicht nur die Bindungsbrücken,
sondern auch die Körner zerschlagen werden.
-
In den Schleifkörpern sind die Körner und die Bindungsbrücken in
ihren Abmessungen nach bestimmten statistischen Gesetzen verteilt. Aus diesem Grunde
soll auch die Bindungskraft für jedes einzelne Korn, jedoch über eine große Anzahl
von Körnern, gemessen werden. Erst dann ist es möglich, unter Berücksichtigung der
Kräfteverteilungen die Härte des Schleifkörpers zuverlässig und genau zu bestimmen.
-
Bei einem Verfahren zum Ermitteln der Härte von Schleifkörpern aus
gebundenem körnigem Material, bei dem der Mittelwert aus den zum Ausbrechen der
Körner aus dem Schleifkörper erforderlichen Kräften mittels einer vom Werkzeug betätigten
Kraftmeßeinrichtung gemessen wird, werden erfindungsgemäß zur Mittelwertbildung
die Ausbrechkräfte einzelner Körner herangezogen. Das Werkzeug wird dabei zweckmäßig
mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit bewegt, die z. B. im Bereich zwischen
100 und 200 mm/Min. liegt.
-
Bei einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist erfindungsgemäß
als Werkzeug ein Meißel vorgesehen, dessen in den Schleifkörper eindringender Teil
im wesentlichen einen Rechteckquerschnitt mit einer etwa dem mittleren Korndurchmesser
entsprechenden Breite aufweist und der kraftschlüssig mit einem elastischen Glied
verbunden ist, das mit einem oder mehreren an sich bekannten elektromechanischen
Wandler zusammenwirkt, an den ein den Verlauf der Ansprechkräfte in Abhängigkeit
des vom Ritzmeißel zurückgelegten Weges aufzeichnendes Meßgerät oder ein den Mittelwert
der Streuung der Ausbrechkräfte bestimmendes, selbständig arbeitendes statistisches
Zähl- oder Auswertgerät angeschlossen ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum
Ausüben des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung in Seitenansicht, Fig. 2 im Schnitt nach der Linie A-B der
Fig. 1, Fig. 3 einen Ritzmeißel in Seitenansicht, Fig. 4 die Vorderansicht, Fig.S
eine abgeänderte Ausführungsform eines Meißels und Fig. 6 die Vorderansicht.
-
Der Ritzmeißel 1 mit der Breite bm = dk (dk = der mittlere Korndurchmesser)
wird durch die Schleifscheibe S in einer Tiefe, die gleich dem mittleren Korndurchmesser
de ist, mit einer niedrigen konstanten Geschwindigkeit von 100 bis 200 mm/Min. durchgezogen.
Die Ritzlänge soll so groß gewählt werden, daß man nach einer Ritzung etwa zwischen
50 und 100 Körnern K herausbricht. Für eine sichere Beurteilung der Härte sollen
zwischen 100 bis 1000 Meßwerte vorliegen.
-
Während des Durchlaufes des Ritzmeißels 1 werden aus der Bindung
der Scheibe S die einzelnen Körner herausgerissen. Jede einzelne auftretende Bindungskraft
bewirkt eine Verformung des elastischen Gliedes 2, die in bekannter Weise durch
z. B. einen elektrischen Wandler 3 gemessen wird.
-
Mit einem mit dem Wandler 3 verbundenen, nicht dargestellten Schreiber
wird der Verlauf der Bindungskräfte aufgezeichnet, oder es werden in einem statistischen
Zähl- bzw. Auswertegerät in bekannter Weise die statistischen Maßzahlen, wie z.
B. der Mittelwert oder die Streuung oder auch beide Größen zusammen bestimmt. Das
elastische Glied 2 und der elektrische Wandler 3 befinden sich an einem Schlitten
4 und dürfen sich gegenseitig nicht beeinflussen. Der Schlitten 4 wird auf einer
Führung 5 geführt. Die Bewegung des Ritzmeißels 1, die notwendig ist, um die Härteprüfung
durchführen zu können, kann verschiedenartig ausgeführt werden z. B. mit Hilfe eines
Motors 7, der die Gewindespindel 6 dreht und damit dem Schlitten 4 eine translatorische
Bewegung verleiht. Jedoch sind auch andere bekannte Antriebsmöglichkeiten für die
konstruktive Ausführung der Vorrichtung verwendbar.
-
Die zweckmäßigen Formen des Ritzmeißels 1 sind in den Fig. 3 bis
6 dargestellt. Die Ausführung la nach Fig. 3 und 4 kann für gröbere Körnung und
die Form lb nach Fig. 5 und 6 für die feineren Körnungen eingesetzt werden. Als
Werkstoff für den Meißel kann ein verschleißfestes Hartmetall, Keramik oder ein
Diamant verwendet werden.
-
Bei der Ausführung des Ritzmeißels la nach Fig. 3 und 4 weist der
in den Schleifkörper S eindringende
Teil im wesentlichen einen Rechteckquerschnitt
mit einer etwa dem mittleren Korndurchmesser dk entsprechenden Breite bm auf. Hierbei
besitzt der Meißel vorteilhaft eine zur Vorschubrichtung senkrechte Stirnfläche
1c und in seinem hinteren Teil vorzugsweise eine Abschrägung ld von etwa 15°, wobei
die -Länge Im zwischen der Stirnfläche 1c und dem Beginn der Abschrägung 1d wenigstens
gleich dem mittleren Korndurchmesser dk oder gleich dem doppelten Korndurchmesser
(2 dk) ist.
-
Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 ist die Spitze des Meißels 1h
durch geneigte Seitenflächen le und 1f mit einer schmalen Fläche Ig von der Breite
b < 0,1 mm versehen. Die Spitzenwinkel a sind im Bereich zwischen 45 und 60°
so gewählt, daß durch die unterschiedlichen Zustellungen, die durch den mittleren
Korndurchmesser dk bedingt sind, die Ritzbreite gleich dem mittleren Korndurchmesser
dk ist.
-
Für den praktischen Einsatz kann die Breite bm des Ritzmeißels bis
zu 3 dk gewählt werden. Wenn die Breite bm größer ist als 3 dk, wird die Genauigkeit
des Meßverfahrens so beeinträchtigt, daß eine zuverlässige Aussage über die Härte
des Schleifkörpers, d. h. über seine Bindungskräfte, nicht mehr möglich ist.
-
Das Verfahren nach der Erfindung weist gegenüber dem bisherigen folgende
Vorteile auf: 1. Bei der Prüfung der Schleifkörper nach dem vorstehend beschriebenen
Verfahren werden die verschiedenen Abmessungen der Bindungsbrücken, die verschiedenen
Größen der Körner usw. in bezug auf die Einbettung des Einzelkornes durch die Größe
der tatsächlichen einzelnen Bindungskraft erfaßt.
-
Durch das Herausreißen von Körnern über eine weite Strecke, z. B.
50 bis 100 mm und mehr, werden aber die Schwankungen in der Härte über den Schleifkörper
eindeutig durch den Verlauf der Bindungskräfte ermittelt.
-
2. Es ist möglich, die statistischen Verteilungen der Bindungskräfte
über einen weiten Bereich der Schleifscheibe, die für die genaue Beurteilung der
Eigenschaften der Schleifkörper sehr wichtig sind, zu bestimmen.
-
3. Es können die Einflüsse der Körnung und der Dichte der Schleifkörper
und der Fertigungseinflüsse auf die Härte und andere Eigenschaften ermittelt werden.
-
4. Der Schleifkörper wird während der Prüfung weit weniger zerstört
als bei den bisherigen bekannten Prüfverfahren.