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Schleifkörper Erfindungsgegenstand ist ein Schleifkörper, bestehend
aus einer Celluloseunterlage und aus auf diese Unterlage mit einem Bindemittel aufgebrachtem
Schleifkorn, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus dem Kondensationsprodukt
eines Phenols, Formaldehyd und 2 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Phenol,
eines wasserlöslichen, Schwefel enthaltenden Hamstoffderivats besteht.
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Viele Metalle oxydieren an frischen Bruchflächen und bilden eine
dünne Oxydschicht. Diese Oxyde sind gewöhnlich härter als das Grundmetall.
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Schneidöle bzw. Schmiermittel wirken dem Glattwerden entgegen, indem
die Oberfläche mit einem dem Einbrennen entgegenwirkenden Oxydationsbelag bedeckt
wird und vermeiden ein Zusetzen, indem sich eine Schicht von Wachs, Ö1 oder anderen
Substanzen bildet, und zwar auf der Schleifbandoberfläche und auf dem Werkstück.
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Bisher konnte korrosionsbeständiger Stahl wirtschaftlich nicht mit
Schleifbändern bearbeitet werden. Trockene Schleifbänder werden schnell glatt und
dann unbrauchbar. Deshalb wurden für das Schleifen und Polieren von korrosionsbeständigem
Stahl wirksame Schmiermittel benutzt.
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Viele Schleifarbeiten müssen aber ohne Schneidöle, Schmiermittel
od. dgl. ausgeführt werden, und selbst wenn solche Mittel verwendet werden, bleibt
immer noch das Problem des Glattwerdens, wodurch sich die Schnittleistung und die
Stauddauer verringern. Die das Glattwerden hervorrufenden Partikeln überdecken die
unregelmäßige Oberfläche der Schleifkörner und verringern so die Schnittleistung
und die Lebensdauer. Ein Glattwerden von Schleifmitteln zeigt sich besonders, wenn
Stahl geschliffen wird.
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Beim Schleifen von Stahl in einer inerten sauerstofffreien Atmosphäre
ist das Verhältnis des abgenommenen Metalls zum Energieaufwand bedeutend kleiner,
als wenn die Bearbeitung in Luft erfolgt.
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Bei den kurzzeitig hohen Schleiftemperaturen bildet der Sauerstoff
in der Luft eine Oxydschicht auf den Stahlspänen.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines weniger schnell glattwerdenden
Schleifkörpers aus einer Zelluloseunterlage mit mittels eines Bindemittels darauf
aufgebrachtem Schleifkorn mit hoher Schleifleistung und längerer Lebensdauer und
mit gleichmäßigerer Schleifwirkung, wobei auf das Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Schleifmittel hier jedoch kein Schutz beansprucht wird.
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Beispiel 1 Es wurden zwei Schleifgewebe hergestellt, die nachfolgend
mit E 781 und E 782 bezeichnet sind.
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Das Material E 781 war gemäß dem bisher üblichen Herstellungsverfahren
hergestellt und diente als Kontrollmuster zwecks Anstellung von Vergleichen.
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Das Material E 782 wurde gemäß der Erfindung hergestellt.
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Es wurde ein mit Barium-Octahydrat katalysiertes flüssiges Phenolformaldehydharz
mit einer Viskosität von etwa 200 cP mit ungefähr 60 Gewichtsprozent Festbestandteilen
hergestellt. Dieses Harz diente als Bindung für das Material E 781. Die Bindung
für das Material E 782 wurde hergestellt durch Kondensieren von Phenol und Formaldehyd,
und zwar in den gleichen Verhältniszahlen wie bei dem obenerwähnten Harz, und mit
20 Gewichtsprozent Thioharnstoff, bezogen auf das Phenol, und unter Benutzung eines
Barium-Octahydrat-Katalysators im Anteil von 6 Gewichtsprozent, basiert auf das
Phenol.
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So entstand ein Harzprodukt mit einer Viskosität von etwa 4800 cP
(Brookfield bei 250 C), das 78,2 Gewichtsprozent Festbestandteile enthielt, einen
pH-Wert von 7,9 hatte und eine Wasserverträglichkeit von etwa 85 O/o. Die Bildung
des Gels bei 121a C erfolgte in 8,8 Sekunden. Die Unterlage bei beiden
Materialarten
war ein übliches Gewebe mit 76 . 48 Fäden, das gefärbt, vorgestreckt und appretiert
war. Zur Herstellung des Schleifmittels wurde bei beiden Materialarten ein gleiches
bekanntes Verfahren benutzt. Die beiden Harz-Kondensationsprodukte wurden mit Kalziumkarbonat
und Wasser gemischt, wodurch eine Vor- und Nachbindung entstand, die ungefähr 55
Gewichtsprozent Füllmaterial und etwa 7,7 Gewichtsprozent Wasser enthielt. Die Bindung
für das Material E 782 enthielt nach Zusatz von Füllmaterial und Wasser und nach
Aufbringen auf die Unterlage 84,1 Gewichtsprozent Festbestandteile und hatte eine
Brookfield-Viskosität von 3950 cP bei 320 C. Die Gewebeunterlage wurde mit der Bindung
belegt, und dann wurde in den Belag ein Elektro-Corundkorn der Körnung 36 eingebettet.
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Vorzugsweise verwendet man das elektrostatische Streuverfahren beim
Einbetten des Korns in die Unterlage. Auf die Bindung wurde dann über die Schleifkörner
ein Nachleim aufgebracht, vorzugsweise etwa die Hälfte des Anteils, wie für den
Vorleim angewendet. Dann wurden die belegten Erzeugnisse getrocknet und ausgehärtet.
Das Trocknen und Aushärten erfolgte in jedem Falle wie folgt: Der Vorleim wird 3
Stunden lang bei 800 C getrocknet und der Nachleim 1 Stunde lang bei 650 C und dann
zusätzlich noch einmal 4 Stunden lang bei 800 C. Zwecks Aushärtung der Bindungen
werden die belegten Materialien 2 Stunden lang auf 600 C erhitzt, weitere 2 Stunden
auf 800 C und weitere 2 Stunden auf 930 C und dann noch einmal 15 Stunden auf 1080
C.
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Von den beiden so hergestellten Schleifgeweben wurden dann nach Zuschneiden
mehrere Schleifbänder für Versuchszwecke hergestellt. Die Bänder wurden üblichen
mechanischen Versuchen unterworfen, bei denen das Band mehrmals mit einem Hartmetallgegenstand
in Berührung gebracht wird, bei verschiedenen Bandgeschwindigkeiten, B erührungszeiten
und -drücken und veränderlicher Anzahl der Berührungen. Je drei Bänder der Materialien
E 781 und E 782 wurden auf diese Weise untersucht.
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Die Ergebnisse der Versuche mit vier Bändern, je zwei Bändern jeder
Materialart, sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
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Tabelle 1
| Abspanungen in Gramm |
| Anzahl Band Band Band Band |
| der Berührungen Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 |
| (E781) (E782) (E781) (E782) |
| 15 .............. 144 165 162 167 |
| 15 .............. 137 145 150 150 |
| 30 .............. 297 300 301 290 |
| 60 ............... 488 546 504 528 |
| Gesamtmenge .... 1066 1156 1117 1135 |
| Gewichtsverlust des |
| Bandes, g 3,5 7,0 4,0 6,0 |
Bei den Versuchen mit diesen vier Bändern war die Anzahl der Berührungen die übliche
bei solchen Versuchen benutzte. Aus folgendem ergibt sich, daß bei Standardversuchsbedingungen
die Bänder aus dem Material E 782 eine überlegene Schnittleistung hatten, besonders
im letzten Versuchsabschnitt, so
daß man schließen kann, daß diese neuen Bänder eine
längere Standzeit haben, als es nach den bisherigen Erfahrungen zu erwarten war
mit Bändern aus diesem Material. Die Berechtigung dieser Schlußfolgerung ergeben
die Versuchsdaten beim dritten Band jeder Versuchsreihe, und dies ergibt sich außerdem,
wenn man die beiden anderen Bänder zusätzlich weiteren Berührungen aussetzt. Solche
zusätzlichen Berührungen wurden durchgeführt hauptsächlich um die Lebensdauer der
beiden Bänder zu untersuchen. Die Versuchsdaten bei der Prüfung des dritten Bandes
jeder Versuchsreihe sind in Tabelle 2 zusammengefaßt: Tabelle 2
| Abspanungen in Gramm |
| Anzahl der Berührungen |
| Band Nr. 5 Band Nr. 6 |
| (E 781) (E 782) |
| 15 .......... 152 168 |
| 15 ..................... 136 148 |
| 30 ...... ........ 274 307 |
| 60 ................ 501 557 |
| 60 ... ......... 414 416 |
| 60 ..................... 322 352 |
| 60 .................... 95 270 |
| 60 ............... - 120 |
| Gesamtmenge, g .. . 1894 2338 |
| Gewichtsverlust |
| des Bandes, g .. 4,0 14,0 |
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen also, daß die Bänder, die nach der Lehre der
vorliegenden Erfindung hergestellt wurden (E 782), eine sehr viel höhere Standzeit
haben als die Bänder des Standardmaterials E 781. Das Band Nr. 6 zeigte weit weniger
Glättung als das Band Nr. 5. Beide Bänder blieben verhältnismäßig sauber, und es
konnte bemerkt werden, daß der Schmutz von dem Band Nr. 6 frei abfällt, was anzeigt,
daß der Schmutz nur leicht mechanisch gebunden war statt mit dem Band verschweißt.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, daß die drei aus dem Material E 781 hergestellten
Bänder während der Versuche Korn verloren, daß sich aber Metall auf den Bändern
verschweißte, so daß der Gewichtsverlust der Bänder nichts Genaues über den Zustand
der Bänder aussagt. Die drei Gewebeschleifbänder aus dem Material E 782 verloren
Korn, aber es verschweißte sich kein Metall mit diesen Bändern, so daß diese Bänder
einen höheren feststellbaren Gewichtsverlust hatten. Die Glättung bei diesen drei
Bändern aus dem Material E 782 war wesentlich geringer, verglichen mit dem Material
E 781. Darin ist wahrscheinlich, wenigstens zum größten Teil, die um 250/0 höhere
Schnittleistung des Bandes Nr. 6 zu erklären, verglichen mit dem Band Nr. 5.
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Die Gewebeschleifbänder wurden dann zu zwei weiteren Bändern zugeschnitten
für weitere Versuche mit einem Standard-Druckstab. Bei diesem Versuch wurde ein
kaltgewalzter Stahlstab mit 25 mm Durchmesser so schnell wie möglich an das Schleifband
gedrückt, wobei das Schleifband mit normaler Schleifgeschwindigkeit angetrieben
wurde. Bei solchen Versuchen wird das Schleifband gewöhnlich auf einer sich schnell
drehenden Trommel geführt, und der Stahlstab wird gegen die Fläche des Bandes mit
im
wesentlichen gleichbleibendem Druck angepreßt, derart, daß der Stab im allgemeinen
tangential zur Fläche des Schleifbandes liegt. Gewöhnlich durchschneidet das Schleifband
ziemlich schnell den Stab.
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Das ist eine starke Beanspruchung, bei der die auftretende Verschweißung
sowohl die Versuchsresultate stark beeinflußt als auch die Standzeit des Schleifbandes.
Die Ergebnisse dieses Stabversuchs mit je einem Schleifband jeder Versuchsreihe
sind in Tabelle 3 zusammengefaßt: Tabelle 3
| Band aus . Schnitt- Gesamtmenge |
| Versuchs- Versuchszeit leistung des abgenomme- |
| reihe Nr. nen Materials |
| Minuten glMin. g |
| E 781 | 16-t/4 | 129,2 | 2099 |
| E 782 16 167,9 1 2687 |
Die Überlegenheit des Bandes gemäß der Erfindung ist bemerkenswert. Beide Bänder
hatten nach Beendigung des Stabversuchs augenscheinlich noch eine gute Standzeit.
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Beispiel 2 Es wurden mehrere Arten von harzgebundenen Fiberscheiben
hergestellt von 0,75 mm dicker Vulkanfiber. Für Vergleichszwecke wurden für das
Aufbringen des Schleifkorns auf der Fiberunterlage verschiedene Arten von Bindungen
venvendet. In jedem einzelnen Falle wurde, mit Ausnahme der unterschiedlichen Zusammensetzung
der Bindung, die gleiche Herstellungsmethode angewendet, wie für normale Fiberscheiben.
So wurde immer die gleiche Fiberunterlage verwendet, und das gleiche Aluminiumoxydkorn
der Körnung 36. Bei der Herstellung der Bindung und des Nachleims wurde in jedem
Falle ein feinverteilter Mineralfüllstoff verwendet.
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Für die Versuche wurden von jeder Scheibe sechs Musterstücke hergestellt.
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Bei der Scheibe Nr. 1 wurde das gleiche Grundharz verwendet wie bei
dem Material E 781, und diese Scheibe wurde für Vergleichszwecke benutzt mit Scheiben
nach der erfindungsgemäßen Herstellungsart.
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Die Scheibe Nr. 2 wurde hergestellt von dem Kondensationsprodukt
des Materials E 782, das 20 Gewichtsprozent Thioharnstoff enthält, bezogen auf das
Gewicht des Phenols.
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Die Scheibe Nr. 3 wurde hergestellt aus einer Bindung und einem Nachleim
wie beim Material (e), das 25 Gewichtsprozent Barium-Octahydrat als Katalysator
enthält.
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Die Scheibe Nr. 4 wurde aus Lagerbeständen geschnitten, wobei die
Bindung und der Nachleim dem Material (f) gleich waren, bei dem nur 5 Gewichtsprozent
Barium-Octahydrat verwendet ist.
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Bei der Scheibe Nr. 5 enthält das Harz der Bindung und des Nachleims
2,4mal so viel Thioharnstoff wie das Kondensationsprodukt bei dem Material E 782.
Um eine Kristallisierung des Thioharnstoffes während der Kondensation zu verhindern,
wurde der Thioharnstoff mit Formaldehyd vorkondensiert, und es wurde weiterhin als
Katalysator 9 Gewichtsprozent Barium-Octahydrat verwendet.
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Bei der Scheibe Nr. 6 wurde als Bindung ein Kondensationsprodukt
eines flüssigen Phenol-Formaldehyd-Harzes benutzt, dem 20 Gewichtsprozent Dipentamethylen-Thiuram-Tetrasulfid
zugefügt ist.
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Der Schwefel ist 25 Gewichtsprozent.
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Bei der Scheibe Nr. 7 ist die Bindung hergestellt von einem Kondensationsprodukt
flüssigen Phenolformaldehyds, dem etwa 16,7 Gewichtsprozent Tert.-didecylmercaptan
zugefügt ist.
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Sechs Musterstücke jeder der oben erläuterten Scheiben wurden mechanischen
Laboratoriumsversuchen unterworfen, um die Schnittleistungen zu bestimmen. Die Daten
bei jeder Scheibe in der nachfolgenden Tabelle sind Durchschnittswerte.
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Tabelle 4
| Schleifversuch Kantenversuch |
| Scheibe Nr. Schnitt | Verlust Schnitt y Verlust |
| g g g g |
| 1 Vergleichs- 488 1,8 307 1,2 |
| scheibe |
| 2 540 1,4 308 1,2 |
| 3 536 1,3 303 1,4 |
| 4 557 1,3 304 1,9 |
| 5 473 1 1,0 305 ' 1,8 |
| 6 463 1,5 312 2,3 |
| 7 506 2,0 305 : 3,9 |
Die oben angegebenen Werte zeigen klar, daß die Schnittleistung der Fiberscheiben
gemäß der Erfindung überlegen ist.
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Gemäß der Erfindung kann die Zusammensetzung der Bindung stark variieren.
Der Anteil an Thioharnstoff beträgt 2 bis 20 Gewichtsprozent. Für Schleifmittelbeläge
zum Schleifen von Metallen beträgt der Anteil an Thioharnstoff zweckmäßig 15 bis
20 Gewichtsprozent, wenn als Katalysator für das Harz Barium verwendet wird.
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Bei Verwendung eines alkalischen Katalysators neigt der Thioharnstoff
zur Kristallisation, so wenig auch von ihm verwendet wird.
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Bei Verwendung eines alkalischen Katalysators können etwa 8 Gewichtsprozent
Thioharnstoff verwendet werden, der zweckmäßig mit Formaldehyd vorkondensiert ist.
Bei Vorkondensierung des Thioharnstoffes mit Formaldehyd besteht weit weniger Neigung
zur Kristallisation, und die Anwendung von 20 Gewichtsprozent Thioharnstoff bei
alkalischem Katalysator ergab gute Resultate, um einen Schleifmittelbelag gegen
Verschweißung widerstandsfähig zu machen.
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Gegebenenfalls muß der Thioharnstoff zunächst mit dem Formaldehyd
in Reaktion gebracht werden, um ein Vorkondensat zu erzielen, sonst ergibt sich
eine unerwünscht niedrige Gelzeit. Thioharnstoff reagiert vorzugsweise mit Formaldehyd,
und wenn wenig oder kein Überschuß an Formaldehyd vorhanden ist, neigt der Thioharnstoff
dazu, ungenügend mit dem Phenol zu reagieren. Ist ein ausreichender Überschuß Formaldehyd
vorhanden, so ist eine Vorkondensation nicht notwendig.
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Der Zusatz der erfindungsgemäßen Harnstoffderivate bedeutet im allgemeinen
etwas höhere Herstellungskosten gegenüber üblichen Bindungen. Deshalb wird die modifizierte
Bindung zweckmäßig nur in dem Nachleim verwendet, wo sie die beste Wirkung
hat.
Es können aber auch die Bindung und der Nachleim entsprechend modifiziert sein.
Die Unterlage kann Papier, Gewebe oder Mehrschichtenpapier, Mehrschichtengewebe
oder eine Kombination von Papier und Gewebeschichten sein. Das Korn kann Siliziumkarbid,
Granat, Aluminiumoxyd oder jedes andere Korn sein.
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In der Praxis hat sich ergeben, daß die Erzeugnisse gemäß der erfinderischen
Lehre überlegen sind beim Schleifen von Verbindungen für Strahltriebwerke. Es ergibt
sich eine Produktionsvergrößerung zwischen 15 und 200/0. Beim Schleifen von Flugzeugturbinenschaufeln
ergibt sich eine Verbesserung der Standzeit von 200 bis 3000/0. Beim Schleifen von
Turbinenschaufeln aus einer Chrom-Nickel-Molybdän-Legierung ist die Verbesserung
der Standzeit 400/0 oder mehr.
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Bei mit Schleifmitteln der Körnung 50 belegten Geweben ergab sich
eine Schleifüberlegenheit bei Edelstahl, kaltgewalztem Stahl, Strahltriebwerkschaufeln
sowie bei aus Titan, »Nimonic«-Legierungen und »Inconel«-Legierungen hergestellten
Teilen.
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Die letztgenannten Legierungen sind beschrieben in dem Buch Engineering
Alloys 1962 von Norman E. Woldman, S. 1230, 1358 (Nimonic und Nimonic 80) und S.
1203, 1283 (Inconel).
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Die Legierung »Nimonic« besteht aus: Nickel .....................
76% Kohlenstoff ................. 0,05% Chrom ..................... 20% Titan ......................
2,3% Aluminium ................. 1,2% Eisen ...................... 0,5% Mangan ....................
0,7% Silizium .................... 0,5%
Die Verbindung »Inconel« besteht aus: Chrom
..................... 11 bis 15% Nickel mindestens 70 °/o Mangan höchstens . .......
1,0% Eisen höchstens ............. 10 % Silizium höchstens 0,5 °/o Kohlenstoff höchstens
.. 0,15% Bei Verwendung von Schleifgeweben mit Körnung 80 für das Schleifen von
schraubenförmigen Schweißungen bei Stoßstangen, was für jedes Schleifwerkzeug eine
sehr beanspruchende Anwendung ist, ergibt sich eine um etwa 25 0/o vergrößerte Standzeit,
verglichen mit einem üblichen Schleifgewebe mit Körnung 80. Besonders gute Resultate
ergeben sich, wenn die erfindungsgemäßen Produkte verwendet werden in Verbindung
mit hochschwefelhaltigen Ölkühlmitteln.