DE102005056368B4

DE102005056368B4 - Schleifmittel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005056368B4
Application number: DE102005056368A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Spies
Original assignee: Klingspor AG
Current assignee: Klingspor AG
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2025-11-26
Also published as: DE102005056368A1

Abstract

Schleifmittel, bei dem Schleifkörner (8) in einer Matrix (4) eingebettet sind, die ein zellfreies, insbesondere ungeschäumtes, duroplastisches Bindemittel (4) für die Schleifkörner (8) aufweist, und bei dem eine mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) zum Schleifen eines Werkstücks ausgebildet ist,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Die Matrix (4) ist derart elastisch-nachgiebig, dass sich die die Kontaktfläche (10) besetzenden Schleifkörner (8) beim Schleifvorgang in die Matrix (4) eindrücken;
b) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass bei Verbrauch der Matrix (4) in senkrechter Richtung zur ursprünglichen mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) eine weitere mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) freigesetzt wird;
c) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass sie sowohl senkrecht als auch parallel zur jeweiligen Kontaktfläche (10) des Schleifmittels gegen die Rückstellkraft der Matrix (4) nachgeben;
d) die Matrix (4) ist an eine...

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein gesehen auf ein Schleifmittel, bei dem Schleifkörner in einer Matrix eines Bindemittels eingebettet sind, und bei dem eine mit Schleifkörnern besetzte Kontaktfläche zum Schleifen eines Werkstücks ausgebildet ist.
Es ist seit den Anfängen der Entwicklung derartiger Schleifmittel bekannt, deren Schleifkörper in homogenem Aufbau zu fertigen. Dabei hat man von Anfang an unelastische Bindemittel und auch schon seit vielen Jahrzehnten elastisch-nachgiebige Bindemittel eingesetzt. Ein Beispiel eines solchen Schleifkörpers mit unelastischen Bindemitteln ist ein Schleifstein. Beispielsweise zu dessen Herstellung – oder allgemeiner zur Herstellung eines füllstoffhaltigen Formkorpus oder harzgebundenen Schleifkörpers – beschreibt die DE 43 28 345 A1 eine duroplastische Mischung unter Verwendung von Novolaken als Harze des Binders, also von Polykondensationsprodukten aus Formaldehyd und Phenolen und somit speziellen Phenolharzen. Dabei soll eine gute Umhüllung des Füllstoffs bzw. der Schleifkörner er reicht werden, wozu auch im Sinne der US 2 825 838 aus 1985 ein flüssiges, kautschukartiges Copolymer als Bindungshilfsmittel herangezogen werden kann. Eine elastomere Ausbildung des gehärteten Bindemittels ist dabei nicht vorgesehen. Beispiele solcher Schleifkörper mit elastisch-nachgiebigen Bindemitteln sind kompakte Körper, z.B. als Quader, oder auch anders geformte kompakte bzw. massive Schleifkörper, z.B. als Schleifrad. Dabei sind sowohl zellige als auch zellfreie Ausführungen bekannt. Die bekannten derartigen kompakten Körper wurden und werden regelmäßig als ganzes in einer Form gegossen, wie es anmelderseitig schon seit vier Jahrzehnten praktiziert wird.
Diese seit Jahrzehnten bekannten Schleifmittel mit elastischnachgiebigen Bindemitteln der Schleifkörner sind bisher wegen ihres Aufbaus als kompakte bzw. massive Schleifkörper regelmäßig ohne im Schleifmittel integrierte Unterlage gefertigt. Bei Schleifmitteln mit unelastischem Bindemittel bilden demgegenüber in branchenüblichem Sprachgebrauch "Schleifmittel auf Unterlage" seit vielen Jahrzehnten eine eigene Produktklasse.
Es ist dabei schon seit 1982 bekannt ( US 4 317 660 ein flaches Schleifmittel, z.B. als flexibles glattes Schleifband, so zu fertigen, dass eine flexible Unterlage mit einem Punktförmigen Bindemittelraster mittels einer Schablone belegt und dann mit Schleifmittelkörnern besprüht wird, wonach die gewonnene Schicht ausgehärtet und gegebenenfalls dann mit einer ebenfalls auszuhärtenden Deckschicht versehen wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner speziell auf Schleifmittel mit zellfreiem, insbesondere ungeschäumtem, Bindemittel im schon erwähnten Gegensatz zu zelligem, insbesondere geschäumtem, Bindemittel.
In Bezug auf "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28. Ausgabe, von Karl Oberbach, Verlag Hansa, S. 555, Bild 4.18" soll deutlich gemacht werden, dass jedenfalls bei PUR (Polyurethan) – und wohl auch bei allen anderen schaumbildenden Bindemitteln – generell zwischen Schaumstoffen und zellfreien Bindungen unterschieden wird.
Dabei zerfallen die zellfreien PUR in einer für die Erfindung besonders wesentlichen Gruppierung:

Massive PUR
Gieß- und Sprühelastomere
thermoplastische Elastomere
Kautschuk

Die aus eingangs zum Stand der Technik angesprochenen elastisch-nachgiebigen kompakten bzw. in der genannten Gruppierung "massiven" Körper sind dabei speziell Gießelastomere. Auch die erfindungsgemäßen Schleifmittel verwenden insbesondere Gießelastomere.
Bei als Schaumstoff gefertigten Bindemitteln unterscheidet man zwischen physikalisch bzw. mechanisch durch Lufteintrag hergestellte Schaumstoffen und "chemisch" unter Verwendung von Treibmitteln erzeugte Schaumstoffen.
Die Schleifmittel mit zellfreiem Bindemittel, auf die sich die Erfindung bezieht, sind dadurch ausgezeichnet, dass sie weder physikalisch noch chemisch durch dementsprechende konkrete Prozessführung zielgerichtet aufgeschäumt sind. Zielsetzung ist vielmehr, eine Aufschäumung im Rahmen des maximal möglichen zu vermeiden. Dabei können allerdings in der Praxis restliche Zellbildungen nicht gänzlich vermieden werden. Deswegen erscheint jedenfalls bei der Beschreibung des konkreten marktfähig hergestellten Schleifmittelprodukts die Bezugnahme auf tatsächliche und theoretische Dichten im Verhältnis für die Praxis am sachgerechtesten.
Für aufschäumende Bindemittel lassen sich die Verhältnisse am besten am Beispiel des PUR veranschaulichen. Gemäß "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28. Ausgabe, von Karl Oberbach, Verlag Hansa, S. 554ff, kann man zwischen Formschäumen (30-300kg/m³), Hartschäumen (30-90kg/m³), sowie offenzelligen Schäumen (20-40kg/m³) unterscheiden.
Erfindungsgemäß wird das PUR aber massiv, insbesondere mit einer Dichte von nicht unter 800kg/m³, eingesetzt, was die minimale Porosität hinreichend beschreibt.
Schleifmittel auf Unterlage, bei denen der Schleifkörper ein zelliges und insbesondere aufgeschäumtes Bindemittel aufweist, sind demgegenüber beispielsweise aus der DE 31 14 001 A1 und der DE 19 07 983 A1 bekannt.
Die Erfindung bezieht sich schließlich speziell auf Schleifmittel, deren Schleifkörper ein duroplastisches Bindemittel der Schleifkörner aufweist. Die Erfindung greift dabei auf an sich als Bindemittel von Schleifkörnern von Schleifkörpern an sich bekannte Duroplaste zurück, wie beispielsweise solche aus Polyurethan. Auch Kautschuk kann im Rahmen der Erfindung als Bindemittel der Schleifkörner verwendet werden.
Ein Beispiel eines thermoplastischen Bindemittels der Schleifkörner in Form eines plastifizierten Kolloxylins zeigt demgegenüber die DD 106 585 A , die anders als bei den im Rahmen der Erfindung eingesetzten Duroplasten zusätzlich die Verwendung eines Weichmachers bzw. "Plastifikators" mit etwa gleichem Anteil (1:1 bzw. 0,8:1) verlangt. Auch ist zur Vermeidung eines Schmierens des Schleifmittels ein Anteil von mindestens 60 Gewichtsprozent des Schleifpulvers in dem Schleifkörper verlangt, wobei beiläufig ein entsprechender Anteil des Schleifpulvers von mehr als 80% als schädlich für eine Haftung des Schleifkörpers angesehen wird. Dieser bekannte Schleifkörper ist speziell für Ausbildung des Schleifkörpers als extrem dünne Schleifmittelschicht mit einer Stärke der Schicht, gemessen senkrecht zur Unterlage, im Bereich von 10 µm bis maximal 40 µm konzipiert.
Nur der Ordnung halber sei noch ein eher exotisches bekanntes Schleifmittel erwähnt, dessen Bindemittel für die Schleifkörner knetbar ist und sich so an vorgegebene Profile einer zu schleifenden Werkstückoberfläche anpassen soll ( DD 255 903 A1 ).
Im Laufe der technischen Entwicklung der hier in Frage stehenden Schleifmittel wurden die Arbeitsgeschwindigkeiten, z.B. eines rotierenden oder oszillierenden Betriebs, auf der Seite der Schleifwerkzeuge oder der Schleifmaschinen immer höher, so dass schon vor etlichen Jahrzehnten homogene Schleifmittel mit elastisch-nachgiebigen Bindemitteln den auftretenden Beschleunigungs- und Zugkräften einschl. Zentrifugalkräften nicht mehr Stand hielten, was ohne Sondermaßnahmen zu einer frühzeitigen Zerstörung der von dem elastisch-nachgiebigen Bindemittel gebildeten Matrix des Schleifmittel führte. Bei Schleifrädern besteht eine dieser Sondermaßnahmen darin, den das Schleifmittel bildenden Schleifbelag eines festen Kerns des Schleifrades immer dünner zu bemessen, wodurch nur relativ kurze Standzeiten erreichbar sind. Bei endlosen Schleifbändern hat man auch schon vor fast einem halben Jahrhundert in Betracht gezogen, ein als Unterlage dienendes Endlosband mit streifenförmigen Schleifkörpern zu belegen, deren die Schleifkörner enthaltende Matrix jeweils von einem nachgiebigen Polyurethanschaum gebildet ist, wobei diese Schleifkörper einzeln auf dem Endlosband mittels eines gesonderten Klebstoffes befestigt wurden (vgl. GB-B 821929 , insbesondere Seite 2 Zeilen 3 bis 7). Diese Idee erfordert jedoch einen für Serienfertigung unverhältnismäßigen Herstellungsaufwand durch Zuschnitt der Schleifkörper und deren gesonderte Verklebung und hat daher bis heute keinen Eingang in die Praxis gefunden.
Für konventionelles abtragendes Schleifen ist es seit jeher üblich, Schleifkörner, deren Körngröße je nach dem gewünschten Ergebnis gewählt wird, vermittels eines unelastischen Bindemittels, wie anfangs Hautleim und jetzt Kunstharz, direkt auf einer Unterlage zu verkleben. Diese Unterlage nimmt maschinenseitig erzeugte Zug- und Fliehkräfte auf. In diesem konventionellen Fall sind die Schleifkörner nur einlagig auf der Unterlage fixiert und ragen jeweils mit vorspringenden Abschnitten schleifwirksam aus der mit dem Werkstück in Schleifeingriff tretenden Kontaktfläche hervor. Sobald sich die vorspringenden Abschnitte im Schleifbetrieb soweit abgebraucht haben, dass das Bindemittel in reibenden Kontakt mit dem Werkstück tritt, lässt der Wirkungsgrad des Schleifens deutlich nach und es kommt zu unerwünschten Verschmierungen des Bindemittels auf der geschliffenen Fläche des Werkstücks.
Bei einem Schleifmittel, dessen Schleifkörner in einer Matrix eines strahlungsgehärteten unelastischen Bindemittels homogen auf einer über das Bindemittel gebundenen Unterlage angeordnet sind, ist die Matrix in mehrere im gegenseitigem Abstand verteilte Matrixkörper aufgeteilt, die in Richtung von der jeweiligen freien Kontaktfläche mit dem Werkstück zur Unterlage zunehmenden Querschnitt parallel zur Unterlage haben ( DE 692 10 221 T2 )
Bei einem abtragenden Schleifen ragen also jeweils schleifwirksame Teilbereiche von Schleifkörnern aus der Kontaktfläche hervor, wobei die Güte der geschliffenen Fläche um so besser wird, je kleiner die Korngröße der Schleifkörner ist. Hiervon unterscheiden muss man eine Endbearbeitung im sinne eines "Finishing", was auch mit Honen oder Läppen vergleichbar ist. Hierbei ist im wesentlichen kein abtragendes Schleifen mehr angestrebt, sondern eine Reduzierung der Rau(h)tiefe der Oberflache.
Für den Einsatz bei modernen Schleifmaschinen sieht man für diesen Zweck des "Finishing" jetzt üblicherweise als Schleif mittel Schleifvliese vor. Gem. DE 696 09 709 T2 insbesondere Anspruch 4) ist dabei eine Vielzahl von Schleifpartikeln mit einem offenen lockeren Gewebe organischer Fasern über ein Bindemittelsystem verklebt. Bei dem hiermit erfolgendem "Finis hing" werden Grate der bearbeiteten Fläche seitlich weggebogen oder gebrochen. Fehlstellen in der Schleiffläche des Werkstücks, wie etwa Kratzer und Schrammen, werden dabei aber nur kaschiert und nicht herausgeschliffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifmittel der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art zu schaffen, welches als Massenartikel bzw. Großserienartikel in rationeller Massenfertigung bzw. Großserienfertigung für den Einsatz als "Finishing-" Werkzeug an modernen Schleifmaschinen geeignet ist und eine lange Standzeit mit hoher gleichbleibender "Finishing-" Güte vereint.
Diese Aufgabe wird bei einem Schleifmittel mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßem Schleifmittel ist im Neuzustand bereits eine mit Schleifkörnern besetzte Kontaktfläche bereit gestellt, die evtl. in der letzten Phase des Herstellungsprozesses durch Ablösen einer überdeckenden Bindemittelhaut des Bindemittels der Matrix freigelegt werden muss. Dabei ragen aus der dadurch gewonnenen ursprünglichen ersten Kontaktfläche mit dem Werkstück noch Abschnitte der Schleifkörner heraus. Beim Durchführen des "Finishing" werden diese herausragenden Abschnitte der Schleifkörner jedoch ganz oder weitgehend in die Matrix eingedrückt, so dass ein abtragender Schleifeingriff am Werkstück im wesentlichen unterbleibt. Dabei wird eine Verschmierung der Schleiffläche am Werkstück dadurch vermieden oder zumindest minimiert, dass sich während des Abbrauchs der Schleifkörnerbelegung der Matrix das zuvor umgebende elastischnachgiebige Bindemittel nicht auf der Schleiffläche des Werkstücks verschmiert, sondern radiergummiartig abreibt. Dabei brauchen sich weniger die Schleifkörner selber ab, sondern sie fallen nach und nach aus der jeweils aktuellen Kontaktfläche heraus. Dieser Ausfall von Schleifkörnern regeneriert sich dabei kontinuierlich aus der Tiefe der Matrix, so dass während des "Finishing" trotz Abbrauch der Matrix die Güte des "Finishing" gleich bleibt. Dies gilt sogar bis zum fast vollständigen- Abbrauch der Matrix an deren Verbindung zur Unterlage. Die Unterlage stellt dabei auch bei den hohen Arbeitsparametern wie Drehzahl, Bandgeschwindigkeit oder Kennwerte einer Oszillation die gleichbleibende Arbeitsgüte unabhängig vom Grad des Abbrauchs der Matrix sicher. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifmittels lässt sich dabei rationell und kostengünstig in wenigen Arbeitsschritten vornehmen.
Besonders hervor zu heben ist auch die mit dem erfindungsgemäßen Schleifmittel in Verbindung mit modernen Schleifmaschinen erreichbare Güte des "Finishing", die aus dem bisher möglichen hervor sticht. So ist die mit Schleifvliesen erreichbare "Finishing-" Wirkung nach der Erfindung noch mit einer im Vergleich mit Schleifvliesen zusätzlichen minimalen abtragenden Wirkung der Schleifkörner derart verbunden, dass nach der Erfindung sogar Fehlstellen in der Schleiffläche nicht nur kaschiert, sondern herausgeschliffen werden oder mindestens aufgedeckt werden können. Dies ermöglicht in überraschender Weise sogar ohne weitere Nachbehandlung eine fehlerfreie nachträgliche Verchromung dafür geeigneter Werkstücke.
Der Abrieb ist im wesentlichen bestimmt durch die Wahl des Bindemittels, die gegebenenfalls zugesetzten Füllstoffe und die Kornart der Schleifkörner. Für das Bearbeiten der unterschiedlichen Werkstoffe, wie z.B. Messing, Aluminium oder Edelstahl, kann das Bindemittel spezifisch eingestellt werden. Das erfin dungsgemäße Schleifmittel ist besonders wirksam beim "Finishing" von relativ rauhen Werkstückoberflächen. Diese lassen sich selbst dann zu extrem feinen und fehlerfreien Oberflächen einebnen, wenn die Schleifkörner im erfindungsgemäßen Schleifmittel relativ grob sind.
All dies wird erreicht, in dem in Abweichung von der aktuellen Entwicklungstendenz in neuartiger Weise auf die Verwendung elastisch-nachgiebiger Bindemittel in der Matrix zurückgegriffen wird, deren Berücksichtigung jahrzehntelang stagniert hat.
Die Ansprüche 2 bis 43 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schleifmittels und die Ansprüche 44 bis 49 bevorzugte Herstellungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Schleifmittels.
In den Unteransprüchen wird dabei, soweit generalisierende Begriffe angewandt sind, auf den branchenüblichen Sprachgebrauch, normgemäß unterstützt durch physikalische Daten und die soweit üblichen Technologien Bezug genommen.
Besonders hervorgehoben sei, daß bei dem erfindungsgemäßen Schleifmittel ein Schleifkörper, dessen elastisch-nachgiebige Matrix ein zellfreies duroplastisches Bindemittel aufweist, unmittelbar, also ohne Vermittlung einer gesonderten Klebschicht, auf einer flexibel ausgebildeten Unterlage unter Bildung eines integralen Körpers aufgebracht ist, wobei bei Gebrauch des Schleifmittels fortwährend abgebrauchte Schleifkörner aus der Tiefe der Matrix heraus ersetzt werden und dies bis zum völligen oder nahezu völligen Abbrauch des Schleifkörpers bis an die flexible Unterlage heran ohne Verlust der Schleifgüte fortgesetzt werden kann. Die elastisch-nachgiebige Ausbildung des Schleifkörpers aus Matrix und Schleifkörnern kann dabei dem ganzen Schleifmittel in Verbindung mit der Flexibilität der Unterlage eine eigene Flexibilität verleihen, die an den Anwendungsfall angepasst gewählt werden kann. Außerdem kann man dem Verbraucher dasselbe Schleifmittel unabhängig davon, ob dieses seinerseits beim Schleifen flexibel sein muss oder nicht, zur Verfügung stellen. Dadurch erübrigt es sich in vielen Anwendungsfällen, für derartige im Bedarf an Flexibilität des Schleifmittels verschiedene Anwendungsfälle mehrerlei Schleifmittel bei der Lagerhaltung vorrätig zu halten.
Die Ansprüche 2 und 3 betreffen dabei bevorzugte Ober- und Untergrenzen der Dichte des Bindemittels in der Matrix bzw. dem Schleifkörper.
Die Ansprüche 4 bis 8 betreffen bevorzugte Auswahlkriterien bezüglich der elastisch-nachgiebigen Ausbildung der Matrix hinsichtlich Elastizität (Ansprüche 4 und 5), Härte (Ansprüche 6 und 7) und Bruchdehnung (Anspruch 8).
Die in den Ansprüchen 2 bis 8 angegebenen Grenzwerte von Bereichen von Dichte (Ansprüche 2 und 3), Elastizität (Ansprüche 4 und 5), Härte (Ansprüche 6 und 7) und Bruchdehnung (Anspruch 8), sind dabei normgemäß festgelegt. Insbesondere können dabei die deutschen DIN-Normen oder die weltweit gültigen ISO-Normen zugrunde gelegt werden. Speziell gelten dabei folgende Zuordnungen:

Dichte: DIN 53479 bzw. ISO 1183 (Ansprüche 2 und 3)
Elastizität: DIN 53513 bzw. ISO 527-2 (Ansprüche 4 und 5)
Härte: DIN 53505 bzw. ISO 868 (Ansprüche 6 und 7)
Bruchdehnung: DIN 53504 bzw. ISO 527-1 (Anspruch 8).

Anspruch 9 gibt bevorzugte Kriterien an, unter denen die Unterlage der Matrix bzw. des Schleifkörpers als flexibel gilt.
Die Ansprüche 10 und 11 betreffen bevorzugte Bemessungen der Stärke der Matrix senkrecht zur Unterlage hinsichtlich minimaler Stärke (Anspruch 10) und maximaler Stärke (Anspruch 11). Derzeit vorzugsweise zur Anwendung vorgesehene Stärken sind 1000 µm, also 1,0 mm, und 1500 µm, also 1,5 mm. Ein besonders hervorzuhebender Anwendungsfall der Erfindung ist in diesem Sinne die Herstellung des Schleifmittels als Flachmaterial, insbesondere als Bahnware.
Die Ansprüche 12 und 13 betreffen bevorzugte Bemessungen des Verhältnisses der Volumenanteile der Schleifkörner und des Bindemittels der Matrix unter Angabe einer Untergrenze (Anspruch 12) und einer Obergrenze (Anspruch 13).
Anspruch 14 gibt bevorzugte Korngrößenbereiche der Schleifkörner an.
Anspruch 15 gibt bevorzugte Größenbereiche der Shorehärte des Schleifmittels an.
Die Ansprüche 16 bis 20 betreffen bevorzugte Materialien für das zellfreie duroplastische Bindemittel. Dieses kann gemäß Anspruch 21 in branchenüblicher Weise gefüllt sein, wozu die Ansprüche 22 und 23 spezielle Rezepturen angeben.
Anspruch 24 betrifft eine spezielle Rezeptur für den Fall, daß das Bindemittel der Art nach aufschäumen kann, was im Rahmen der Erfindung so gut wie möglich vermieden werden soll. Hierzu sieht Anspruch 24 die Verwendung speziell eines Schauminhibitors als ein Zusatzstoff zum Bindemittel an.
Die Ansprüche 25 und 27 betreffen bevorzugte Auswahlen der Art der Schleifkörner.
Die Ansprüche 28 bis 30 betreffen bevorzugte Anordnungen der Schleifkörner in der Matrix.
Die Ansprüche 31 bis 34 betreffen bevorzugte Unterteilungen der Matrix in einzelne Matrixkörper.
Die Ansprüche 35 bis 38 betreffen bevorzugte Gestaltungen der Unterlage.
Die Ansprüche 39 bis 42 betreffen bevorzugte geometrische Gestaltungen des Schleifmittels für unterschiedliche Schleifwerkzeuge.
Anspruch 43 schließlich betrifft eine bevorzugte Ausbildung der ursprünglichen Kontaktfläche des Schleifmittels in dessen marktfähiger Ausbildung vor dessen Einsatz am zu schleifendem Werkstück.
Von besonderem Interesse ist die Variante gemäß Anspruch 39 mit Ausbildung des erfindungsgemäßen Schleifmittels als Endlosband. In dieser Ausbildung lässt sich die Einwirkung auf das Werkstück bei dem selben Schleifmittel auch noch dadurch variieren, an welchem Ort des Endlosbandes die Einwirkung auf das Werkstück erfolgt. Besonders hervorzuheben sind die Einwirkungsorte einerseits an einem Kontaktrad und anderseits an einem freien Trum des Endlosbandes. Auch die Härte des Kontaktrades und die Bandgeschwindigkeit können als sinnvolle Einflussgrößen dienen.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifmittels, vgl. Ansprüche 44 bis 49.
Ein an sich bekanntes Verfahren zeigt dabei die US-A 5,562,745 .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 an einem speziellen Ausführungsbeispiel näher erläutert, an dem auch die allgemeine Erfindungsidee veranschaulicht wird.
1 zeigt die Kontaktfläche des Schleifmittels in Teilansicht, 2 eine vergrößerte Teilansicht von 1 entsprechend dem in 1 dargestellten weißen Kreis und 3 in weiterer Vergrößerung die Darstellung eines Querschnittsabschnittes des selben Schleifmittels senkrecht zur Kontaktfläche.
Bei dem in allen Figuren dargestellten Schleifmittel ist eine flexible tragende Unterlage 2 mit einer Matrix 4 (in 3 punktiert dargestellt), bestehend aus einem elastischnachgiebigen und zellfreien duroplastischen Bindemittel 6, z.B. aus ungeschäumten Polyurethan, sowie Füll- und Zusatzstoffen, verklebt, wobei in die Matrix 4 in homogener Verteilung oder in parallel zur Unterlage 2 parallelen Lagen Schleifkörner 8 eingelagert sind. Das Bindemittel 6 dient dabei nicht nur zur Bindung der Schleifkörner S in der Matrix 4, sondern zugleich auch der Matrix 4 mit der Unterlage 2, und macht somit eine gesonderte Klebschicht zwischen Matrix 4 und Unterlage 2 entbehrlich.
Auf der der Unterlage 2 abgewandten Seite der Matrix 4 ist eine freie Kontaktfläche 10 parallel zur Unterlage 2 ausgebildet. An der Kontaktfläche 10 ragen dann, wenn das Schleifmittel außer Betrieb ist, freie Grate der Schleifkörner 8 unter der Rückstellkraft des elastisch-nachgiebigen Bindemittels 6 etwas heraus, was zeichnerisch nicht dargestellt ist. Im Betrieb sind die Schleifkörner im Bereich der freien Kontaktfläche 10 in Wechselwirkung mit einem nicht dargestellten Werkstück und gegen die Rückstellkraft des elastisch-nachgiebigen Bindemittels 6 ganz oder weitgehend ganz in die Matrix 4 eingedrückt. Aber auch im Ursprungszustand bzw. im Zustand außer Betrieb ragen Schleifkörner 8 aus der Kontaktfläche nur soweit heraus, dass zusammen mit dem Bindemittel 6 der Matrix 4 an der Kontaktfläche 10 eine Mikrostruktur ausgebildet ist.
Darüber hinaus zeigt die dargestellte spezielle Ausführungsform noch folgende Besonderheit:
Bei durchgehender Unterlage 2 ist die Matrix 4 in eine Vielzahl von regelmäßig sechseckigen Matrixkörpern 4a unterteilt, deren Begrenzungsflächen am sechseckigen Umriss senkrecht zur Unterlage 2 verlaufen, so dass unabhängig vom Abnutzungsgrad der Matrix 4 der selbe regelmäßig sechseckige Querschnitt des jeweiligen Matrixkörpers 4a zur jeweiligen Unterlage 2 bzw. parallel zur Kontaktfläche 10 verbleibt.
Die Matrixkörper 4a erheben sich jeweils einzeln von der Unterlage 2. Dabei verbleibt zwischen ihnen jeweils ein gleichbleibend bemessener durchgehender lichter Spalt 12, der von der Unterlage 2 ausgeht und sich bis in den Bereich der Kontaktfläche 10 erstreckt.
Die lichten Spalte 12 können zur Luft- oder Flüssigkeitskühlung des nicht dargestellten Werkstücks benutzt werden.
Wie dargestellt bilden die Matrixkörper 4a eine gleichmäßige Wabenstruktur der Matrix 4. Die Schleifrichtung 16 ist dabei so gewählt, dass sie auf der gedachten Verbindungslinie von zwei gegenüberliegenden Ecken eines Matrixkörpers 4a verläuft. Diese sind ihrerseits gegeneinander jeweils auf Lücke versetzt angeordnet, so dass auch bei Destabilisierung eines Matrixkörpers 4a eine gegenseitige Abstützung an einem benachbarten nicht destabilisierten Matrixkörper 4a gegeben ist.
Unabhängig von der hier dargestellten speziellen sechseckigen Gestalt der einzelnen Matrixkörper 4a wird deren Gestalt und Anordnung in der Matrix 4 zweckmäßig so gewählt, dass die Verbindung der in einzelne Matrixkörper 4a aufgelöste Matrix 4 mit der Unterlage 2 die Flexibilität des ganzen Schleifkörpers erhöht. Das ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn das Schleifmittel in nicht dargestellter Weise ein Endlosband ist.
Versuchsbeispiel:
Versuchsaufbau:

Rohrbandschleifer: Flex LBR 1506 VRA, 1200 Watt
Bandlänge (Endlosband): 40 mm × 618 mm
Schnittgeschwindigkeit: 14 m/s
Werkstück: Edelstahlrohr, Werkstoff-Nr. 1.4301, Abmessung: 50 mm × 2,5 mm
Bearbeitung: Maschine wird von Hand über das Rohr geführt

Versuchsvorbereitung:
Die Edelstahlrohre werden zunächst auf einer Centerless- Schleifmaschine mit einem Schleifband Korngröße P80 vorgeschliffen. Der Mittenrauwert beträgt nach dem Vorschliff ca. Ra = 2,6 µm.
Versuchsdurchführung:
Üblicherweise werden im Bereich von Geländern oder Fassaden aus Edelstahl Mittenrauwerte von Ra = 0,5 µm gefordert. Zur Erreichung wird gewöhnlich die folgende Kornsequenz verwendet: P120-P180-P280. Als Schleifbänder werden z.B. Standardschleifbänder CS 310 XE (flexibler Baumwollträger ca. 320g/m², Schleifkorn Aluminiumoxid, Phenolharzbindung) eingesetzt. Es werden bislang zur Erreichung der geforderten Oberflächengüte mindestens drei Schleifdurchgänge (Korn P120-P180-P280) benötigt.
Zum Vergleich wurde unter Verwendung des gleichen Versuchsaufbaus und der gleichen Versuchsvorbereitung ein erfindungsgemäßes Endlosband eingesetzt mit folgenden Charakteristika: flexibler Baumwollträger ca. 320 g/m² als Unterlage, Polyurethan als zellfreies duroplastisches Bindemittel mit einer Schichtstärke von 1200 µm, Schleifkorn Siliciumcarbid P60 in homogener Verteilung im Bindemittel.
Innerhalb von nur einem Schleifdurchgang konnte ein Mittenrauwert von Ra = 0,5 µm erreicht werden.

Claims

Schleifmittel, bei dem Schleifkörner (8) in einer Matrix (4) eingebettet sind, die ein zellfreies, insbesondere ungeschäumtes, duroplastisches Bindemittel (4) für die Schleifkörner (8) aufweist, und bei dem eine mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) zum Schleifen eines Werkstücks ausgebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Die Matrix (4) ist derart elastisch-nachgiebig, dass sich die die Kontaktfläche (10) besetzenden Schleifkörner (8) beim Schleifvorgang in die Matrix (4) eindrücken; b) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass bei Verbrauch der Matrix (4) in senkrechter Richtung zur ursprünglichen mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) eine weitere mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) freigesetzt wird; c) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass sie sowohl senkrecht als auch parallel zur jeweiligen Kontaktfläche (10) des Schleifmittels gegen die Rückstellkraft der Matrix (4) nachgeben; d) die Matrix (4) ist an eine flexible Unterlage (2) gebunden; e) die Bindung der Matrix (4) an ihre flexible Unterlage (2) erfolgt unmittelbar über das in der Matrix (4) enthaltene Bindemittel (6).
Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zellfreien Bindemittel (6) die Dichte des Bindemittels (6) in der Matrix (4) nicht kleiner ist als 70% der spezifischen Dichte der Substanz des Bindemittels (6).
Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zellfreien Bindemittel (6) die Dichte der Matrix (4) nicht kleiner ist als 85%, vorzugsweise 90%, der spezifischen Dichte der Substanz der Matrix (4).
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elastisch-nachgiebigen Matrix (6) die Elastizität der Matrix (4) nicht kleiner als 35%, vorzugsweise 40%, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elastisch-nachgiebigen Matrix (6) die Elastizität der Matrix (4) nicht größer als 55%, vorzugsweise 50%, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elastisch-nachgiebigen Matrix (6) die Härte der Matrix (4) nicht kleiner als 40 Shore A, vorzugsweise 45 Shore A, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elastisch-nachgiebigen Matrix (6) die Härte der Matrix (4) nicht größer als 75 Shore A, vorzugsweise 70 Shore A, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elastisch-nachgiebigen Matrix (6) die Bruchdehnung der Matrix (4) nicht kleiner als 150%, vorzugsweise 170%, ist.
Schleifmittel nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer flexiblen Unterlage (2) die Biegesteifigkeit der Unterlage (2) bei 15mm Messbreite, einem Messabstand von 20mm und einem Drehwinkel von 15° nicht größer als 5000mN ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Matrix senkrecht zur Unterlage nicht kleiner als 200 µm, vorzugsweise nicht kleiner als 500 µm, höchst vorzugsweise nicht kleiner als 1000 µm, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Matrix senkrecht zur Unterlage nicht größer als 2500 µm, vorzugsweise nicht größer als 1500 µm, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Verhältnis der Volumenanteile der Schleifkörner (8) und des Bindemittels (6) der Matrix (4) der Volumenanteil der Schleifkörner (8) kleiner als oder höchstens gleich 80vol.%, vorzugsweise kleiner als oder höchstens gleich 60vol.%, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Verhältnis der Volumenanteile der Schleifkörner (8) und des Bindemittels (6) der Matrix (4) der Volumenanteil der Schleifkörner (8) größer als oder mindestens gleich 20vol.%, vorzugsweise größer als oder mindestens gleich 40vol.%, ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) im Korngrößenbereich von 2 µm bis 2000 µm, vorzugsweise 70 µm bis 540 µm, höchst vorzugsweise nach FEPA-Norm Korn P36, P60, P120 und P240, liegen.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Shorehärte des Schleifmittels im Shore A-Bereich, bevorzugt zwischen 60° und 90° Shore A, liegt.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (s) ein Polyurethan aufweist, vorzugsweise aus einem solchen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (6) einen Kautschuk aufweist, vorzugsweise aus einem solchen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (6) ein Polysiloxan aufweist, vorzugsweise aus einem solchen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (6) ein Polysulfid aufweist, vorzugsweise aus einem solchen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (6) ein Acrylat aufweist, vorzugsweise aus einem solchen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (6) gefüllt ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet/dass die Matrix (4) außer dem Bindemittel mindestens einen Füllstoff und/oder mindestens einen Farbstoff und/oder mindestens einen anderen Zusatzstoff enthält.
Schleifmittel nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff Kaolin vorgesehen ist.
Schleifmittel nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schauminhibitor als Zusatzstoff vorgesehen ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) mindestens ein Sili ciumcarbid und/oder mindestens ein Siliciumoxid aufweisen, vorzugsweise aus diesen bestehen.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) mindestens ein Aluminiumoxid und/oder mindestens einem Aluminiumoxidmischkristall besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schleifkörner (8) aus mindestens einem Hartmetall besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) in ihrer der Unterlage (2) nächsten Anordnung auf der Unterlage (2) aufliegen.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die. Schleifkörner (s) homogen in der Matrix (4) verteilt sind.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) in der Matrix (4) über der Unterlage (2) in mehreren Lagen angeordnet sind.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (4) einschließlich ihrer Schleifkörner (8) in mehrere über die selbe Unterlage (2) mit gegenseitigem Abstand verteilte Matrixkörper (4a) aufgeteilt ist, die vorzugsweise jeweils in Richtung senkrecht zur ursprünglichen Kontaktfläche (10) bzw. zur Unterlage (2) gleich bleibenden Querschnitt haben.
Schleifmittel nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixkörper (4a) parallel zur Unterlage (2) einen polygonalen Querschnitt haben und vorzugsweise in Schleifrichtung (16) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Schleifmittel nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt sechseckig ist und vorzugsweise mit zwei Ecken in bzw. entgegen der Schleifrichtung (16) orientiert ist.
Schleifmittel nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixkörper (4a) parallel zur Unterlage (2) einen kreisförmigen Querschnitt haben und vorzugsweise in Schleifrichtung (16) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (2) aus einem Gewebe, Gewirke, Folie, Fadenlage und/oder einer oder mehreren regellosen Faserlagen wie Papier, Fiber oder Vlies besteht.
Schleifmittel nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (2) aus natürlichen oder synthetischen Fasern und/oder Gemischen aus diesen besteht.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (2) ihrerseits elastischnachgiebig ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (2) veredelt ist.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 38, gekennzeichnet durch Ausbildung als Endlosband.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 39, gekennzeichnet durch Ausbildung als Flachmaterial, vorzugsweise Streifen, für oszillierenden Antrieb.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 38, gekennzeichnet als Scheibe oder Bogen für oszillierenden Antrieb.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 38, gekennzeichnet durch Ausbildung als Scheibe, Fächerschleifscheibe, Lamellenschleifstift oder -rad für rotierenden Antrieb.
Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die ursprüngliche Kontaktfläche (10) höchstens im Mikrobereich profiliert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 43, bei dem Schleifkörner (8) in einer Matrix (4) eingebettet sind, die ein zellfreies, insbesondere ungeschäumtes, duroplastisches Bindemittel (4) für die Schleifkörner (8) aufweist, und bei dem eine mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) zum Schleifen eines Werkstücks ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Merkmale kombiniert werden: a) die Matrix (4) ist derart elastisch-nachgiebig, dass sich die die Kontaktfläche (10) besetzenden Schleifkörner (8) beim Schleifvorgang in die Matrix (4) eindrücken; b) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass bei Verbrauch der Matrix (4) in senkrechter Richtung zur ursprünglichen mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) eine weitere mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) freigesetzt wird; c) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass sie sowohl senkrecht als auch parallel zur jeweiligen Kontaktfläche (10) des Schleifmittels gegen die Rückstellkraft der Matrix (4) nachgeben; d) die Matrix (4) ist an eine flexible Unterlage (2) gebunden; e) die Bindung der Matrix (4) an ihre flexible Unterlage (2) erfolgt unmittelbar über das in der Matrix (4) enthaltene Bindemittel (6), und dass zunächst die Schleifkörner (8) der Matrix (4) bei noch niedrig viskosem Bindemittel (6) beigemischt und diese Mischung dann auf der Unterlage (2) aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 43, bei dem Schleifkörner (8) in einer Matrix (4) eingebettet sind, die ein zellfreies, insbesondere ungeschäumtes, duroplastisches Bindemittel (4) für die Schleifkörner (8) aufweist, und bei dem eine mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) zum Schleifen eines Werkstücks ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Merkmale kombiniert werden: a) die Matrix (4) ist derart elastisch-nachgiebig, dass sich die die Kontaktfläche (10) besetzenden Schleifkörner (8) beim Schleifvorgang in die Matrix (4) eindrücken; b) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass bei Verbrauch der Matrix (4) in senkrechter Richtung zur ursprünglichen mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) eine weitere mit Schleifkörnern (8) besetzte Kontaktfläche (10) freigesetzt wird; c) die Schleifkörner (8) sind in der Matrix (4) derart verteilt, dass sie sowohl senkrecht als auch parallel zur jeweiligen Kontaktfläche (10) des Schleifmittels gegen die Rückstellkraft der Matrix (4) nachgeben; d) die Matrix (4) ist an eine flexible Unterlage (2) gebunden; e) die Bindung der Matrix (4) an ihre flexible Unterlage (2) erfolgt unmittelbar über das in der Matrix (4) enthaltene Bindemittel (6), und dass zunächst das noch niedrig viskose Bindemittel (6) der Matrix (4) auf der Unterlage (2) aufgebracht und dann die Schleifkörner (8) so aufgebracht werden, dass sie in dem noch niedrig viskosen Bindemittel (6) in Richtung zur Unterlage (2) einsinken.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) auf die Matrix (4) bei noch niedrig viskosem Bindemittel (6) aufgestreut werden.
Verfahren nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner (8) auf die insgesamt zuvor auf die Unterlage (2) aufgebrachte Matrix (4), bei noch niedrig viskosem Bindemittel (6) in mehreren Durchgängen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittel (6) enthaltende Matrix (4) und die Schleifkörner (8) auf der Unterlage (2) gemeinsam oder gesondert im Mehrschichtverfahren aufgebracht werden.
Verfahren zum Herstellen eines Schleifmittels mindestens nach einem der Ansprüche 31 bis 34, insbesondere nach einem der Ansprüche 44 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden der mit gegenseitigem Abstand auf der Unterlage (2) angeordneten Matrixkörper (4a) eine Maskentechnik verwendet wird.