DE2348338C3 - Aus Bindemittel und Schleifkorn bestehender Schleifkörper - Google Patents

Description

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Bei Schleifbändern, Schleifblättern und dergleichen Schleifwerkzeugen ändern sich die Schneidkraft und die erzielte Oberflächengüte mit dem Abnutzungsgrad. Die Rauhtiefe, die zuerst dem mittleren Korndurchmesser entspricht, nimmt mit zunehmender Abstumpfung des Schleifwerkzeuges ab, bis es wegen mangelnder Schneidkraft ersetzt werden muß. Ist bis zu diesem Zeilpunkt die angestrebte Oberflächengüte noch nicht erreicht, so kann kein neues Band derselben Korngröße eingesetzt werden, weil es mit der zunächst wieder größeren Rauhtiefe die zum Teil schon erzielte Oberflächenqualität wieder zerstören würde. Umgekehrt kann, wenn die Oberflächenqualität schon vor völliger Abnutzung des Schleifbandes bereits zufriedenstellend ist, das teilweise abgenutzte Band nicht mehr für eine gleiche Schleifoperation verwendet werden, weil die Rauhtiefe schon zu gering bzw. die Schneidkraft nicht mehr groß genug ist.

Dies gilt auch für solche bekannten Schleifwerkzeuge (DE-PS 8 84 004), bei denen das Schleifkorn nicht unmittelbar über eine oder mehrere Bindemittelschichten an eine Unterlage gebunden ist, sondern an der Oberfläche einzelner Polsterkörper, beispielsweise Kork- oder Vermiculit-Partikeln, sitzt, die ihrerseits an die Unterlage gebunden sind. Die jeweils aus einem Polsterkörper mit Schleifkornbelag bestehenden Schleifkörper kommen zunächst mit ihrem höchsten Punkt in Eingriff, womit eine sehr sanfte Oberflächenbearbeitung eingeleitet wird. Ist aber das auf der Oberseite der Polsterkörper haftende Schleifkorn abgeschliffen, so kommt ein reibender Kontakt zwischen der zu schleifenden Werkstücksfläche und dem Material des Polsterkörpers zustande, der eine Bremswirkung verursacht und eine einwandfreie Materialabnahme verhindert

Femer wünscht man häufig, daß das Schleifwerkzeug dem Schleifkorn möglichst nahe benachbart Poren aufweist die zur Aufnahme des Abschliffs oder von Schleifschmiermitteln geeignet sind. Eine gewisse, begrenzte Porosität erhält man durch Beigabe porenbildender Zusatzstoffe zu den auszuhärtenden Korn-Bindemittelmischungen. Die Nähe des einzelnen Korns zur nächsten Pore wird dabei zufällig nach statistischen Gesetzen bestimmt wobei aus Festigkeitsgründen die Porenabmessungen nicht wesentlich größer als der mittlere Korndurchmesser sein dürfen. Zur Porenerzeugung verwendet man beispielsweise gasförmige Treibmittel oder feste Zusatzpartikel, die während des Aushärtens des Schleifkörpers verdampfen, verbrennen oder auf andere Weise entfernt werden. Um eine regelmäßige Porenverteilung zu erreichen, hat man auch schon vorgeschlagen, eine flüssige Schleifkorn-Bindemittelmischung in die Hohlräume einer aus porenbildenden Partikeln bestehenden Schüttung einzugießen, was jedoch den Nachteil hat, daß in der Schleifkorn-Bindemittel-Mischung das Bindemittel einen für praktische Zwecke meist zu hohen Anteil haben muß, damit die Mischung ausreichend flüssig ist. Außerdem zeigt sich zwischen den porenbildenden Partikeln ein Filtrationseffekt, der ungleichmäßige Schleifkornverteilung hervorruft (CH-PS 1 64 914).

Schließlich ist es bekannt, hohlkugelförmige Schleifkörper aus geschmolzenem Korund zu erzeugen, deren Hohlkörperwand einzig und ausschließlich von Korund gebildet ist (CH-PS 3 66'212). Solche Schleifkörper können zu Schleifwerkzeugen zusammengesetzt werden. Bei Beginn des Schleifens bilden sie die Schleiffläche mit ihrer runden, verhältnismäßig glatten Außenfläche. Unter dem Schleifdruck brechen sie unregelmäßig auf und bilden dabei scherbige, zackige Schneidkanten, die von sehr unterschiedlicher Gestalt und Rauhtiefe sein können. Sie verhalten sich daher schleiftechnisch unberechenbar. Außerdem verkratzen vagabundierende Bruchstücke der Hohlkugeln die zu bearbeitende Oberfläche. Aus Hohlkugelkorund bestehende Schleifwerkzeuge kommen daher für qualifizierte Schleifaufgaben, bei denen eine Schleiffläche bestimmter Qualität zu erreichen ist, nicht in Betracht.

Die Erfindung geht daher von einem Einzelschleifkörper, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, aus, die aus Bindemittel und Schleifkorn bestehen. Ihre Aufgabe besteht darin, einen Schleifkörper zu schaffen, der während seiner Standzeit eine vergleichsweise lange Periode mit konstanten Schleifeigenschaften aufweist und in unmittelbarer Nachbarschaft des Schleifkorns ein im Vergleich zur Schleifkorngröße großes Porenvolumen besitzt, dessen Größe und Anordnung weitgehend unabhängig von statistischen Zufälligkeiten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aus den erfindungsgemäßen Einzelschleifkörpern aufgebaute flächige Schleifwerkzeuge erzeugen unabhängig vom Abnutzungsgrad eine sehr gleichmäßige Rauhtiefe, die von der Größe des Schleifkorns bestimmt wird. Diese Eigenschaft ist unabhängig davon, ob der Einzelschleifkörper zufälligerweise mit seiner Außenfläche oder nach deren Aufbrechen mit dem Rand seines Hohlraumkraters zur Einwirkung kommt. Die Schleif-

werkzeuge haben ferner den Vorteil, daß das zur Aufnahme von Schleifschmiermittel bzw. des Abschliffs bestimmte Porenvolumen in unmittelbarer und geometrisch stets gleicher Nachbarschaft zum Schleifkorn zur Verfugung steht.

Nach der Abnutzung der Oberfläche des hohlkörperförmigen Schleifkörpers entsteht bei jedem Schleifkörper ein Krater, dessen Durchmesser bei fortschreitender Abnutzung bis zur Größe des Hohlkörnerdurchmessers anwächst und an seiner Begrenzung einen Kranz von Schleifkörnern freigibt.

Da der Hohlkörperkranz während einer langen Abnutzungsperiode ständig frisches Schleifkorn zur Verfugung stellt, wobei gleichzeitig innerhalb und außerhalb der Hohlkörper reichlich Raum zur Auf nahme des Abschliffs vorhanden ist, bleiben die Schleifleistung und die Rauhtiefe der bearbeitenden Oberfläche während langer Zeit konstant. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Einzelschleifkörpers für flächige Schleifwerkzeuge mit auf einer Trägerunterlage aufgebrachten Schleifkörperschicht von Vorteil, also bei blatt- oder bandförmigen Schleifwerkzeugen, weil nicht nur die Standzeit erheblich vergrößert wird, sondern auch die Rauhtiefe im wesentlichen unabhängig von dem schwer bestimmbaren Abnutzungszustand ist.

Die Gestalt der Einzelschleifkörper kann unterschiedlich sein, beispielsweise unregelmäßig, kugelig oder zylindrisch. Bevorzugt wird jedoch kugelige Gestalt, weil sie bei verhältnismäßig einfachem Herstellungsverfahren zu regelmäßiger Oberflächenstruktur und damit besonders gleichmäßigen Schleifeigenschaften führt. Dadurch, daß der Einzelschleifkörper aus einer Vielzahl von Körnern und einem Bindemittel aufgebaut ist, kann er mit fortschreitendem Schleifverfahren allmählich abgebaut werden. Die Widerstandsfähigkeit des Bindemittels ist dabei nach in der Schleiftechnik bekannten Grundsätzen so zu wählen, daß stets ausreichend scharfes Korn an der aktiven Oberfläche zur Verfügung steht.

im wesentlichen gleiche Ergebnisse werden erzielt mit einem aus Bindemittel und Schleifkorn bestehenden Schleifkörper, der sich dadurch auszeichnet, daß das Schleifkorn auf einem hohlkörperförmigen Hilfsträger gebunden ist. Während bei der zuvor erörterten Lösung der Erfindung die mechanische Festigkeit des Schleifkörpers durch die ausschließlich aus Schleifkorn und Bindemittel bestehende Hohlkörperwandung gegeben ist. nimmt bei der zuietzt erwähnten Lösung ein hohlkörperförmiger Hilfsträger, auf dessen Außenfläehe das Schleifkorn gebunden ist. an der Aufnahme der von außen einwirkenden Kräfte zumindest während des Herstellungsverfahrens teil. Als Hilfsträger bevorzugt werden Hohlperlen, wie sie beispielsweise in der BE-PS 7 02 673 und in »Kunststoffe«, 1970/19, beschrieben sind. Jedoch können auch Hohlkörper gemäß DE-OS 14 95 485, US-PS 29 73 340, 27 97 201, 3172 867 und 30 30 215 verwendet werden, sofern sie so dünnwandig sind, daß sie die Gleichmäßigkeit der Schleifeigenschaften des erfindungsgemäßen Schleifkörpers nicht beeinflüssen.

Da es erwünscht sein kann, daß im fertigen Schleifkörper ein während der Herstellung benutzter Hilfsträger nicht mehr in Erscheinung tritt, ist es zweckmäßig, einen solcher. Hilfsträger zu verwenden. der beim Härten des Bindemittels beseitigt wird, wie dies von Porenbildnern bekannt ist, die beim Härten des Schleifkörpers in den gasförmigen Zustand übergehen.

Da das Entweichen der gasförmigen Zersetzungsprodukte des Porenbildners jedoch Durchlässigkeit der Schleifkörperwandung voraussetzen würde, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, als Hilfsträger einen bekannten, dünnwandigen Hohlkörper aus einem bei der Härtetemperatur flüssigen Werkstoff zu verwenden. Ein solcher Hilfsträger verschwindet zwar nicht völlig aus dem Schleifträger, fließt aber während des Härtens im basisnahen Bereich zusammen. Da seine Menge, beispielsweise bei Verwendung der Hohlperlen gemäß BE-PS 7 02 673, außerordentlich gering sein kann, tritt er im Schleifprozeß nicht mehr in Erscheinung.

Wenn ein hohlkörperförmiger Hilfsträger im Einzelschleifkörper in seiner ursprünglichen Form verbleibt, soll er gegenüber dem aus Schleifkorn und Bindemittel bestehenden Mantel so schwach ausgebildet sein, daß er keinen irgendwie erheblichen Teil des Schleifdrucks übernehmen und dadurch Bremskräfte ausüben kann. Dies bedingt nicht, daß der Hilfsträger aus einem sehr weichen Werkstoff bestehen muß; er kann vielmehr auch aus einem harten, sogar spröden Werkstoff bestehen, wenn durch seine Dünnwandigkeit dafür gesorgt ist, daß seine Festigkeit wesentlich geringer ist als die des Mantels, so daß er bei fortschreitender Abnutzung des Schleifmittels durch den Schleifdruck entfernt, beispielsweise sukzessive weggebrochen wird, ohne jedoch wegen der Geringfügigkeit der dabei auftretenden Kräfte und der geringen Menge des dabei anfallenden Materials den Schleifvorgang zu beeinträchtigen. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit den Hilfsträger zur Stützung des Mantels heranzuziehen. Dies gilt insbesondere für solche Träger, die aus einem harten Werkstoff bestehen, dabei aber sehr dünn sind und/oder sich leicht sukzessiv wegbrechen oder abreiben lassen.

Die für die Herstellung der Einzelschleifkörper verwendeten Hilfsträger brauchen nicht unbedingt hohl zu sein; sie können vielmehr den von dem Schleifkorn und seinem Bindemittel gebildeten Hohlraum vollständig ausfüllen, sofern sie nur weich genug sind. Da sie nur als Matrize für die Bildung der Hülle dienen sollen, braucht ihre Eigenfestigkeit nicht groß zu sein. Sie können daher aus einem bei Schleiftemperaturen weichen oder gar flüssigen oder verdampfenden Stoff bestehen. Selbstverständlich werden sie so gewählt, daß sie keinen beeinträchtigenden, sondern vorzugsweise einen fördernden Einfluß auf den Schleifvorgang ausüben. Beispielsweise können sie ein Schleifschmiermittel sein. Es können auch hohl ausgebildete Hilfsträger mit Schleifschmiermittel gefüllt sein.

Die Größe der Einzelschleifkörper soll möglichst gleichmäßig sein. Sie soll ferner in einem bestimmten Verhältnis zur mittleren Außenabmessung des Schleifkorns Hegen, und zwar hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der mittlere Hohlkörper-Außendurchmesser 3- bis 50mal, insbesondere 6- bis 20mal so groß ist wie die mittlere Schleifkorngröße.

Bei der Herstellung eines blatt- oder bandförmigen Schleifwerkzeugs mit einer auf einer Trägerunterlage aufgebrachten Schleifkörperschicht kann man die erfindungsgemäßen Schleifkörper in derselben Weise mit der Trägerunterlage verbinden wie bislang mit losem Schleifkorn üblich.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Schleifband im Querschnitt neu, im Querschnitt halb abgenutzt und in Draufsicht halb abgenutzt dargestellt. Darin sind mit 1 die Trägerunterlage, mit 2 eine Bindemittelschicht und mit 3 die Einzelschleifkörper

bezeichnet, deren im halb abgenutzten Zustand schleifender Kornkranz 4 in Fig. 2 und 3 deutlich erkennbar ist. Die Schleifkörper bestehen aus dem Schleifkoni 5 und dem Bindemittel 6. Man sieht, daß die Schicht des Schleifkorns nur einlagig ist und den s gesamten Hohlraum 7 umgibt.

Beispiel 1

Hohlperlcii, die durch Expandieren von Vinylchlorid/ Äthylen-Copolymcrcn nach dem belgischen Patent in 7 02 673 hergestellt wurden, mit einem Durchmesser von 0,05 bis 1,00 mm, wurden in einem Mischer mit einem Bindemittel benutzt, das aus einer 4O°/oigen Lösung eines Epoxidharzes vom Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Typ bestand. Das Harz haiie einen Epuxidweit von 0.200: der Härter war das von der Firma »General Mills« vertriebene Polyaminoamid mit der Handelsbezeichnung »Versamid 115«. Das Lösungsmittelgemisch bestand aus 74% Xylol. 13% Butanol und 13% Diacetonalkohol.

Die mit dem Bindemittel benetzten Hohlperlen wurden mit Elektrokorund der Körnung 400 gemischt (mittlerer Korndurchmesser 35 μηι). so daß sich die Schleifkörner auf der Kugelschale festsetzten. Das Gewichtsverhältnis Hohlperlen : Bindemitlei : Korund betrug 1 : 10:100. Die sich ergebenden Schleifkörper wurden schonend getrocknet und gesiebt, wobei nur Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 0.425 mm verwendet wurden.

Ein zur Herstellung von Schleifbändern in üblicher Weise ausgerüstetes Baumwollkörper-Gewebe wurde nach dem Aufbringen einer Schicht eines Phenol-Formaldehydharzes mit den vorbereiteten Schleifkörpern gleichmäßig bestreut, wie üblich zwischengetrocknet und nach dem Überziehen mit einer weiteren dünnen Schicht desselben, aber verdünnten Harzes zur endgültigen Verankerung der Schleifkörper gehärtet. Nach der Aushärtung, die. wie üblich, bei Temperaturen von mehr als 120° C durchgeführt wurde, war die eiwa 1 μΐη dünne Kugelhaut geschmolzen, so daß nur noch der aus Schleifkorn und Bindemittel bestehende Kugelmantel übrig war.

Ein daraus hergestelltes Schleifband mit den Abmessungen 17 χ 2000 mm wurde auf einer Bandschleifmaschine getestet, die bestückt war mit einer gerillten Gummikontaktscheibe der Shore-Härte 80 mit dem Verhältnis Stegbreite zu Nutbreite wie 1 -1. Es wurde ein Oberflächenschliff auf Flachstahl ST 37 durchgeführt und in Abständen von 1 Min. der Abschliff durch Wägen des Werkstücks ermittelt. Um Materialverschiedenheiten auszugleichen, wurde dasselbe Siück Flachstahl für beide Teste verwendet, d. h. auf einer Schmalseite für das herkömmliche und auf der anderen Schmalseite für das erfindungsgemäße Band. Zum Vergleich wurde ein in üblicher Weise hergestelltes Schleifband derselben Gewebeunterlage und Körnung getestet. Das Ergebnis ist der F i g. 4 zu entnehmen.

Man entnimmt dem Diagramm, daß das Vergleichsband üblicher Art nach 3 Minuten stumpf war, nachdem es zu Anfang eine sehr hohe Abschliffrate erreichte. Das mit den erfindungsgemäßen Schleifkörpern versehene Band erreichte ein Vielfaches an Leistung, wobei die einzelnen Abschliffraten gleichblieben.

Nach 30 Minuten wurde der Test abgebrochen. Die geringere Abschliffmenge während der ersten 2 Min. deutet darauf hin, daß die Kugelschale der Hohlkörper erst aufgerissen sein muß, ehe ein gleichmäßiger Angriff erfolgt.

Die Rauhtiefenmessung nach Beendigung des Schleifvorgangs zeigte, daß die erreichte Rauhtiefe mit dem Schleifband üblicher Art Rt = 5,25 μΐη bzw. der Mittelwert Rz — 3,7 μηι betrug, die des mit Hohlkugeln bestückten dagegen aber 8,0 μιη bzw. 5,1 als Mittel, was auf die unverminderte Schnittfreudigkeit des letzteren selbst nach einer Schieifzeit von 30 Minuten hindeutet gegenüber der schnellen Abstumpfung des konventionellen Bandes.

Beispiel 2

Die Hohlperlen des Beispiels 1 wurden benetzt mit der wäßrigen Dispersion eines Terpolymerisates von Butadien-Acrylnitril-Styrol mit mittlerem Nitrilgehalt und einem Styrolanteil von etwa 5%, darauf mit Elektro-Korund der Körnung 280 vermischt (mittlerer Korndurchmesser 52 μηι).

Das Gewichtsverhältnis Hohlperlen zu Bindemittel zu Korund betrug 1 : 8 :80. Die sich ergebenden Kugeln wurden getrocknet und gesiebt wie in Beispiel 1. Es wurden auch dieselbe Gewebeunterlage und Befestigungsart der Schleifkörper verwendet wie in Beispiel 1.

Ein Schleiftest wurde mit einem daraus hergestellten Band durchgeführt. Die Abmessungen, die Schleifmaschine sowie die Kontaktscheibe entsprachen der Anordnung des Beispiels 1. Geschliffen wurde ebenfalls Flachstahl ST 37.

Das Ergebnis zeigt F i g. 5. Ein herkömmliches Schleifband derselben Unterlage und Korngröße wurde nach 12 Minuten abgenommen, nachdem während der letzten vier Intervalle kein nennenswerter Abschliff mehr erreicht wurde. Dagegen wurde der Test bei dem erfindungsgemäßen Band 30 Minuten durchgeführt. Die in Abständen von 4 bis 6 Minuten gemessenen Rauhtiefen änderten sich in einem weiten Bereich nicht, was auf Grund der gleichmäßigen Abschliffmengen zu erwarten war. Die abgeschliffene Gesamtmenge an Material betrug beim herkömmlichen Band nur etwa 1/3 derjenigen des erfindungsgemäßen Bandes.

Beispiel 3

Gemäß Beispiel 2 wurde ein Schleifband der Abmessungen 50 χ 2000 mm gefertigt und auf einer Bandschleifmaschine im Vergleich mit einem herkömmlichen getestet.

Die Kontaktscheibe hatte eine Shore-Härte von 90. Das Schleifmaterial war ein nahtlos gezogenes Rohr mit dem Außendurchmesser von 165 mm, einer Wandstärke von 5,1 bis 5,8 mm, einer Brinellhärte von 140 kg/mm² weichgeglüht nach D!N 1629. Ein. Rohrabschnitt davon wurde mit der Stirnseite dem Band zugeführt, wobei er sich 24mal in der Minute um die Zylinderachse drehte. Die Zustellung geschah automatisch, sobald die über die Stromaufnahme erkennbare Bremswirkung nachließ. Die Intervalle betrugen 5 Minuten.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich, war das Vergleichsband nach 10 Minuten abgenutzt bei einem Materialabschliff von 120 g. Das erfindungsgemäße Band hatte nach 35 Minuten 470 g abgeschliffen, wobei die Einzelwerte in einem weiten Bereich in gleicher Höhe lagen.

Erfindungsgemäße Schleifmittel eignen sich zum Schleifen beliebiger Materialien, beispielsweise Metall, Glas (Glaskantenschliff), Kunststoff, Keramik oder Holz. Insbesondere bieten sie sich auch für den Naßschliff an, da sie eine hervorragende Wasseraufnahme in den Kugelkratern haben. Es eignen sich auch beliebige Unterlagen, beispielsweise Gewebe, Papier,

Vulkanfiber, Vliesstoffe, Folien.

Anwendungsformen sind bevorzugt Bänder, Bogen Blattware und Scheiben. Jedoch können auch nicht flexible Unterlagen angewendet werden.

Als Trägerpartikel eignen sich insbesondere Hohlkugeln aus Silikatwerkstoffen, Glas, härtbaren Kunstharzen (Phenolharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Epoxidharz, usw.), thermoplastischen Harzen, Gelatine und anderen unveränderten oder abgewandelten Naturstoffen.

Es sind alle bekannten Bindemittel brauchbar, und zwar sowohl für die Befestigung der Schleifkörner auf der Partikeloberfläche als auch für die Befestigung der Hohlkörper auf den bei Schleifmitteln üblichen Unterlagen.

Für das Schleifkorn eignen sich beispielsweise geschmolzenes Aluminiumoxid, geschmolzene Zirkonerde, Gemische dieser Oxide, Siliziumkarbid, Diamant, Flint, Granat, Schmirgel u. dgl., aber auch Poliermittel wie Bims, Tripoli, Polierrot u. a.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentanspräche:

1. Einzelschleif körper, der zur Verwendung als Schleifschicht an einem flächigen Schleifwerkzeug in einer Vielzahl auf einer Unterlage zu binden ist und dessen schleifender Teil aus Bindemittel und Schleifkorn besteht, dadurch gekennzeichnet, daß er als einzelliger Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Wand eine zur Aufnahme des Schleifdrucks geeignete Eigenfestigkeit aufweist und daß die mittlere Außenabmessung des Einzelschleifkörpers etwa das 3- bis 50fache der mittleren Schleifkorngröße beträgt.

2. Einzelschleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn auf einem hohlkörperförmigen Hilfsträger gebunden ist.

3. Einzelschleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er kugelförmig ausgebildet ist.

4. Einzelschleifkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Schmiermittel gefüllt ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Einzelschleifkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das flüssige, bei erhöhter Temperatur härmende Bindemittel und das Schleifkorn auf einem beim Härten des Bindemittels zu beseitigenden Hilfsträger aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsträger ein bekannter dünnwandiger Hohlkörper aus einem bei der Härtetemperatur sich verflüssigenden Werkstoff verwendet wird.