DE2516008A1

DE2516008A1 - Kugelfoermiger schleifkoerper aus schleifkoernern und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2516008A1
Application number: DE19752516008
Authority: DE
Inventors: Wilfried Loehmer; Josef Dipl Chem Dr Schotten
Original assignee: CARBORUNDUM WERKE GmbH
Current assignee: CARBORUNDUM WERKE GmbH
Priority date: 1975-04-12
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2306792B1; GB1549454A; AT344530B; JPS5921751B2; FR2306792A1; JPS51124890A; CA1081476A; ATA260176A

Description

PATENTANWALTS BÜRO D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Üipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF ■ Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Carborundum Werke GmbH
4 Düsseldorf-Reisholz

Kugelförmiger Schleifkörper aus Schleifkörnern und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen kugelförmigen Schleifkörper mit den. im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen und ein verfahren zur Herstellung des Schleifkörpers.

Bei vielen Schleifoperationen mit Schleifmitteln auf Unterlage kommt es aufgrund des spezifischen Aufbaus zu einer unvollkommenen Ausnutzung des Schleifkorns. Der typische Abbruch des Schleifkorns mit Schneiderneuerung erfolgt bei mechanisch festen Bindungen üblicherweise bis in Höhe des Bindungsbettes, durch die starke Ummantelung des Restkorns ist eine Schneidenerneuerung nicht mehr möglich. Eine schwächere Einbettung des Korns führt bei höherem Anpreßdruck meistens zu vollkommenem Kornausbruch. Hinzu kommt, daß die beim Anschleifen erzielte hohe Rauhtiefe relativ schnell abfällt und parallel dazu auch die Leistung des Schleifbandes absinkt.

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Nach dem Stand der Technik hat es bereits mehrfach Ansätze gegeben, durch eine andere Anordnung des Schleifkorns zu besseren Lösungen bei der Oberflächenbearbeitung zu gelangen.

So wurde z.B. vorgeschlagen, Schleifkörner auf ein Trägermaterial aufzubringen und zu binden, welches zuvor mit Korkschrot beschichtet wurde. Der Vorteil der so hergestellten Schleifmittel auf Unterlagenliegt in einem größeren Schleifkornangebot pro Flächeneinheit, wobei durch die relativ weiche Korkunterlage allerdings eine geringere Rauhtiefe in Kauf genommen werden mußte.

Ein verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern mit porösem Korn wird in der DT-PS 939 377 besahrieben. Dieses verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung hochsethmelzender Oxide, insbesondere Aluminiumoxid, durch Gastreiben mittels Wasserstoffsuperoxid und nachfolgendem Brennen in poröse Einzelkörner umgewandelt wird.

In der DT-OS 2 425 887 wird die Herstellung und Verwendung von kugelförmig eingekapselten Schleifkörnern beschrieben, wobei sich die Anwendung aufgrund der besonderen Bindung der eingekapselten Schleifkörner auf Polier- und Läpparbeiten beschränkt. Das Schleifkorn ist lose in Schleifhilfsmittel (z.B. Karnauba-wachs) eingebettet und durch eine Ummantelung aus z.B. Urea-formaldehyd in Kugel- oder Elli-psenform gebracht.

Zur Verbesserung des Schleifprozesses wurde auch vorgeschlagen, dünnwandige, hohlkugelförmige Schleifkörper gemeinsam mit konventionellem Schleifkorn zu verwenden. Durch das hohlkugelförmige Schleifkorn sollte die Porosität erhöht werden, um ein kühleres Schleifen zu ermöglich. Für das Schleifen von Stahl durfte der Gesamtanteil an hohlkugelförmigem Schleifkorn gegenüber konventionellem Schleifkorn nicht mehr als Io Gew.-% betragen. Um den Anteil hohlkugelförmiger Schleifkörner zu erhöhen, wurde in der DT-OS 2 349 326 vorgeschlagen, hohle geschlossene Schleifkörper mit splitterförmig aufgebrochenen, schalenförmigen Schleifkörpern zu mischen.

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ORIGINAL INSPECTED

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kugt-Lförmigen, insbesondere hohlkugelförmigen Schleifkörper zu entwickeln, der die einzelnen Schleifkörner auf seinem Umfang so festhält oder verankert, daß nicht nur aufgrund der Kugelform ein erhöhtes Schleifkorn-angebot pro Fläche zur Verfügung steht, sondern daß dieses Angebot beim Schleifen gleichmäßig über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten bleibt, so daß über die zeit ein gleichmäßigerer hoher Abschliff erzielt wird. Die Schleifkörner sollen im Schleifkörper einen sehr guten Verbund haben, so daß bei der späteren Verwendung auf einem Schleifband keine Schwierigkeiten durch ein vorzeitiges Herauslösen größerer Mengen einzelner Schleifkörner entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen kugelförmigen Schleifkörper mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Schleifkörner liegen vorzugsweise in einer Korngröße von 6oo bis J> Mikron vor, insbesondere wird eine Korngröße von j5oo bis 3 Mikron bevorzugt. Als Schleifmittel empfehlen sich bekannte Materialien wie Siliciumcarbid, Berylliumoxid, Borcarbid, insbesondere Korund.

Die einzelnen Schleifkörner sind vorzugsweise mit 1/5 bis 1/2 ihres Volumens, insbesondere 1/4 bis l/j5 ihres Volumens, im Träger-material eingeschmolzen. Der Schleifkörper besteht also aus einer inneren Hülle Thermoplast, die außen eine Schicht Schleifkornmaterial aufweist, die mit einem Teil ihres Volumens im Thermoplast verankert sind. Derartige Schleifkörper sind insbesondere zur Herstellung von Schleifmitteln auf Unterlagen geeignet, wobei vorzugsweise kein konventionelles Schleifkorn mit vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, daß dabei diese Schleifkörner zu einem großen Angebot an freistehenden Schleifkörnern pro Fläche führen, wobei andererseits ein vorzeitiger Ausbruch eines kompletten Korns Verhindert wird. Löst sich nach einiger Schleifzeit ein Schleifkorn aus dem Verbund heraus, so steht sofort ein neues komplettes Korn zur Verfügung. Beim praktischen Einsatz zeigt sich, daß sich die einzelnen Schleifkörper beim Schleifen gleichmäßig öffnen oder aufbrechen und die überwiegend von der Nach-Leimbindung auf dem Schleifband befestigten Hohlkugeln gleichmäßig bis zum Bindungsbett abgetragen werden. Durch die besondere Art der Verankerung - 4 -

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der Schleifkörner werden diese weitgehend ausgenutzt und jeweils nach Verbrauch durch das nächstfolgende neue Schleifkorn ersetzt.

Hierbei ist zu beachten, daß die Abschliffleimung mit zunehmendem Anteil an Trägermaterial, d.h. Thermoplast im Inneren der Hohlkugel (Füllgrad der Kugel) abnimmt. Bei Vorhandensein größerer Thermoplastmengen im Inneren der Kugel werden geringere Abschliffmengen erzielt. Aus diesem Grunde ist es empfehlenswert, wenn das Leervolumen des Hohlkörpers^miBo"%, vorzugsweise 60 $.. insbesondere über 75 % des Volumens beträgt, das der einzelne, fertige kugelförmige Schleifkörper einnimmt.

Es wird daher als Trägermaterial ein Thermoplast bevorzugt, der nach dem Anschmelzen praktisch als Hohlkörper vorliegt und einen Innendurchmesser von o,l mm bis 5,0 mm hat. Insbesondere soll der Innendurchmesser von 0,3 bis 1,5 mm betragen.

Sehr gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Trägermaterial aus Polystyrol besteht (insbes.Handelsmarken Styropor oder Vestipor).

Es ist zu berücksichtigen, daß die Korngröße der Schleifkörner zweckmäßigerweise auf den Durchmesser des Trägermaterials abzu-

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stimmen ist. So ist es vorteilhaft, wenn Sei einem Innendurchmesser des angeschmolzenen Thermoplaste von 0,5mm bis 0,5 mm Schleifkörner in einer Korngröße von 63 bis I50 Mikron eingesetzt werden.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der beanspruchten Schleifkörper ist dadurch gekennzeichnet, daß thermoplastische Tragkörper, insbesondere schaumstoffartige Tragkörper mit Zellstruktur, umgeben von Schleifmittelkörnern in den thermoplastischen Bereich erhitzt und dort solange gehalten werden, bis die Schleifmittelkörner mit einem Teil ihres Volumens, max. bis 1/2 vorzugsweise bis 1/3 in den thermoplastischen Tragkörper eingeschmolzen sind, worauf abgekühlt wird. Als thermoplastische Tragkörper werden insbesondere geschäumte Kugeln mit einem Durchmesser vono,5bis 6 ram

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verwendet, diese Kugeln werden in einem Überschuß von Schleifkörnern erhitzt und nach dem Einschmelzen und Abkühlen wird der Überschuß an Schleifkörnern abgetrennt. Nach einem besonders bevorzugten verfahren werden Kugeln aus Polystyrolschaum in Schleifkorn eingebettet oder bewegt, gewälzt oder dergleichen und einer Temperatur im thermoplastischen Bereich, insbesondere 150 bis 2oo°C, ausgesetzt, bis die gewünschte Verankerung der Schleifkornschicht im Trägermaterial erreicht ist. Bei der Abstimmung von Temperatur und Zeit ist zu beachten, daß der Einschmelzvorgang um so schneller abläuft, je höher die Schaumstoffkugel in den thermoplastischen Bereich erhitzt wird. Bei diesem Erhitzen tritt eine deutliche Volumenminderung der Kugeln auf. Beim Herstellungsprozess haftet oder klebt zunächst eine Schicht Schleifkorn an der sich erwärmenden Schaumstoff kugel. Mit wejier steigender Temperatur tritt die deutliche Volumenminderung der Schäumstoffkugel ein, wobei der Durchmesser auf weniger als die Hälfte sinkt, und sich gleichzeitig die im Inneren der Schaumstoffkugel vorhandenen Mikrozellen zu einer Hohlkugelschale zusammenziehen. Bei diesem Anschmelzen des geschäumten Kunststoffs werden die anhaftenden Schleifkörner mit einem Teil ihres Volumens im Kunststoff verankert und fest abgebunden .

Die Herstellung läßt sich besonders einfach kontinuierlich in einem Drehrctrofen durchführen, wobei Thermoplast und Schleifmittel kontinuierlich eingegeben und umgewälzt werden. Bei Kugeln aus gängigem Polystyrolschaum und einer Temperatur in der Einschmelzzone von 160 bis.170⁰C, empfiehlt sich eine Verweilzeit in der Einschmelzzone von mind. j5o Sekunden bis max. 3 Minuten, vorzugsweise von etwa 1 bis 2 Minuten.

Der Erweichungspunkt des Polystyrols hängt natürlich von dessen Beschaffenheit, wie Polymensationsgrad und Zusätzen sb. Daher is gegebenenfalls eine Anpassung der Einschmelztemperatur vorzunehmen.

Machfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Foto etwa im Maßstab 1 : lo, Fig. 2 ein Foto in fünfundzwanzigfacher Vergrößerung und

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Fig. 3 in einem Diagramm das Abschliffverhalten in Abhängigkeit von der Zeit

Fig. 1 zeigt in einem Foto in einem Maßstab 1 : l_oin der linken Hälfte das Trägermaterial (Polystyrolschaumstoffkugel) im Ausgangszustand und in der rechten Hälfte den kugelförmigen Schleifkörper im Endzustand, d.h. nach dem Einschmelzen der Schleifkörner. Die Pdystyrolschaumstoffkugeln haben im Ausgangszustand einen Durchmesser von durchschnittlich 1,5 mm, während die fertigen Schleifkörper einen Außendurchmesser von durchschnittlich weniger als 1 mm haben. Wie die Vergrößerung des aufgebrochenen Schleifkörpers in Fig. 2 zeigt, ist die ZeI]struktur der Schaumstoffkugel nach dem Einschmelzen praktisch nicht mehr vorhanden, d.h. die Schaumstoff kugel ist zu einer Hohlkugelschale zusammengeschmolzen. In dieser Hohlkugelschale sind die einzelnen Schleifkörner etwa mit ihres Volumens eingebettet.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Schleifkörper wurden wie folgt hergestellt:

1. In einem Rührgefäß wurden Polystyrolschaumstoffkugeln mit vorzugsweise niedrigem Schüttgewicht (unter 2o g/l) und einem Durchmesser von durchschnittlich 1,5 mm mit Elektrokorund oder Siliciumcarbid der Körnung P l8o (von 63 bis 150 Mikron) zusammengebracht. Unter Rühren wurde auf eine Temperatur von 160 bis 17o°C geheizt. Beim Hochheizen ummanteln sich die Schaumstoffkugeln bei einer Temperatur oberhalb llo°C gleichmäßig mit den Schleifkörnern. Der Einschmelzvorgang beginnt bei Temperaturen oberhalb 130⁰C. Die Temperatur wurde über einen Zeitraum von Io Min. auf max. I60 bis 17o°C gesteigert. Mit steigender Temperatur und Zeitdauer tritt eine Volumenminderung der Schaumstoffkugeln auf. Nach j5o Minuten Gesamtzeit wurde abgekühlt und das überschüssige Korn von dem entstandenen Hohlkugelkorund abgetrennt.

2. In einem Drehrohrofen wurden gleichmäßig Polystyrolschaumstoffkugeln und Sohleifkörner der im Beispiel 1 genannten Kornfraktion

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eingefüllt. Der Drehrohrofen hatte eine Vorwärmzone bis max. 12o°C und eine Einschmelzzone bis max. l8o°C. Die Neigung des Drehrohrofens war so gewählt, daß die Verweilzeit des Fördergutes in jeder Zone etwa 1 bis 2 Minuten betrug. Nach der Abkühlung am Ende des Drehrohrofens wurde das überschüssige Schleifkorn über ein Sieb von den Schleifkörpern abgetrennt.

Die fertigen Schleifkörper hatten einen Außendurchmesser von etwa o,5 - o,8 mm. Um ein Maß für die Handhabung der Schleifkörper zu haben (Haftung der Schleifkörner bei der Weiterverarbeitung und Transport) wurde ein von der FEpA~^zur Klassifizierung von Schleifkörnern empfohlene Siebmethode abgewandelt, indem 3o g ^dego.|g|_n ⁿdungsgemäßen Hohlkugelkörper in einge gäng^ Siebmaschine und 5 Minuten lange gesiebt wurden. Trotz dieser hohen Belastung betrug der Gewichtsanteil der abgefallenen Schleifkörner weniger als 5 <& des Gesamtgewichtes. Der Gewichtsanteil des Kunststoffträgermaterials ist vernachlässigbar klein.

Die derart hergestellten Schleifkörper wurden auf eine übliche Schleifmittelurtßrlage aufgebracht. Als Schleifmittelunterlage wurde ein Baumwollgewebe in Köperbindung verwendet, das mit Phenolresol beschichtet war. Auf diese Unterlage wurden die erfindungsgemäßen Schleifkörper in dichter Streuung einschichtig aufgetragen. Anschließend wurde getrocknet und eine weitere Schicht Bindemittel, bestehend aus einem Phenolresol und CaCO, als Füllstoff, aufgetragen. Danach wurde erneut getrocknet und ausgehärtet. Aus diesem Material wurde ein Schleifband mit einer Abmessung von 5o χ 2134 mm hergestellt.

Auf einem Backstand wurden Winkeieisen 2o χ 3 mm, ST 3?, üei einer Bandgeschwindigkeit von 28 m/sek geschliffen. Die Belastung wurde konstant gehalten (und betrug 1,5 kg). Pro Abschliffperiode wurde 15 mal Io Sekunden lang geschliffen mit einer Unterbrechung von Io Sekunden zwischen den einzelnen Kontakten. Die mit 1 bezeichnte Kurve zeigt- das Abschliffverhalten eines konventionellen Vollkunstharz-Gewebebandes, das mit Korund der Körnung P 150 beschichtet war. Der Kurvenverlauf zeigt, daß in

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+'(Federation Europeenne des Fabricants de Produits Abrasifs)

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den ersten 2,5 Minuten Schleifzeit ein Abschliff von 25 g erzielt wird, dieser Abschliff fällt aber in Abhängigkeit von der Standzeit sehr schnell ab, so wird z.B. nach 15 Minuten Standzeit nur noch ein Abschliff von 6 g erzielt. Demgegenüber zeigt die Kurve 2, daß das mit den erfindungsgemäßen SohleIfkörpern belegte Gewebeband, das bis auf die Schleifkörper vollkommen gleich aufgebaut war, also auch Schleifkorn Korund P I50 hatte, einen nahezu gleichmäßigen Abschliff.bis zu einer Standzeit von 25 Minuten. Erst oberhalb dieses Wertes fällt die Abschliffleistung deutlich ab, wss auf den weitgehenden Verbrauch der Schleifkörper schließen läßt.

Besonders wesentlich ist, daß mit dem konventionellen Schleifband die Gesamtabschliffleistung lediglich 83 g beträgt, während mit dem erfindungsgemäßen Schleifband 229 g Abschliff erzielt wurden. Dieses Größenverhältnis ergibt sich auch aus der Fläche unterhalb der Kurve 1 bzw. 2.

Die besonderen Vorteile des Erfindungsgegenstandes bestehen darin, daß ein hoher gleichmäßiger Abschliff auch bei großer Belastung über einen längeren Zeitraum erzielt wird, so daß der gesamte Sohleifkornanteil optimal ausgenutzt wird. In der Anschliffphase ist die Abschliffleistung eines erfindungsgemäßen Schleifbandes vergleichbar mit derjenigen von üblichen elektrostatisch gestreuten Sohleifbändern. Die Schleifleistung pro Zeiteinheit fällt jedoch wesentlich weniger schnell ab im Vergleich zu konventionellen Schleifbändern. Dadurch ergibt sich eine längere Einsatzdauer des erfindungsgemäßen Schleifbandes und ein erheblich höherer Gesamtabschliff.

Wie bereits oben angeführt, wurde gefunden, daß die Abschliffleistung mit zunehmendem Füllgrad der Kugeln abnimmt. Der Füllgrad der Kugeln kann einmal durch eine, entsprechende Verfahrensweise beim Vorschäumen des Polystyrols, zum anderen durch Änderung von Zeit und Temperatur beim Einschmelzvorgang variiert werden.

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Darüber hinaus wurde gefunden, daß man auch nach Aufbringen der Schleifkörper auf ein Schleifband den Füllgrad der Schleifkörper durch Herauswaschen des Thermoplastanteils im Schleifkörper mit geeigneten organischen Lösemitteln (z.B. Benzol) erniedrigen kann.

Unterschiedliche wege zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifkörpers wurden vorgestellt. Die Herstellung kann absatzweise oder kontinuierlich erfolgen. So ist auch die Herstellung in einem Wirbelbett denkbar.

Die Schleifkörper können allein verwendet werden oder nach üblichen Verfahren zur Herstellung von Schleifmitteln auf Unterlagen verwendung finden.

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Claims

Ansprüche

f 1. !Kugelförmiger Schleifkörper aus einem Trägermaterial, das mit —Körnern üblicher Schleifmittel belegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial aus einem Thermoplast besteht, dessen Inneres im wesentlichen hohl ist und auf dessen Umfang die Schleifkörper eingeschmolzen sind.

2. SchMfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn eine Korngröße von 3 bis 6oo Mikron, insbesondere von 3 bis 3oo Mikron aufweist.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörner mit einem Fünftel bis Einhalb, vorzugsweise ein Viertel bis ein Drittel ihres Volumens im Trägermaterial eingeschmolzen sind.

4. Schleifkörper nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial ein im wesentlichen runder Thermoplast dient, der nach dem Anschmelzen praktisch als Hohlkörper vorliegt und im angeschmolzener. Zustand einen Innendurchmesser von o,1 bis 3 mm hat.

5. Schleifkörper nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Polystyrol ist.

6. Schleifkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörper bei e±u&m Innendurchmesser des angeschmolzenen Thermoplasten von o, Ibis 3 mm eine Korngröße von 3 bis 6oo Mikron aufweisen.

7. Verfahren zur Herstellung der Schleifkörper nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß thermoplastische Tragkörper, umgeben von Schleifmitteln, in dan thermoplastischen Bereich erhitzt und dort für eine Zeit gi .ialten werden, um das

Einschmelzen der Schleifmittelkörner in die Tragkörperoberfläche zu ermöglichen, worauf abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Tragkörper geschäumte Kugeln mit einem Durchmesser von o,5 bis 6 mm, vorzugsweise l bis 3 nim eingesetzt werden und diese Kugeln in einem Überschuß von Schleifkörnern erhitzt v/erden und nach dem Einschmelzen und Abkühlen der Überschuß an Schleifkörnern abgetrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kugeln aus Polystyrolschaum in Schleifkorn eingebettet, bewegt oder gewälzt werden und solange einer Temperatur im thermoplastischen Bereich, insbesondere 150 bis 2oo°C, ausgesetzt werden, bis die Kugeln aus Polystyrolschaum unter einem Volumenschwund von mehr als 5o % zu einer Hohlkugelschale zusammengeschmolzen sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Thermoplast und Schleifmittel kontinuierlich in einen Drehrohrofen gegeben werden, wobei die Verweilzeit in der Einschmelzzone mindestens 1 Minute beträgt.

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