DE102019205745A1 - Beschichtetes abrasives Werkzeug und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

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Abstract

Ein beschichtetes abrasives Werkzeug (10) umfasst eine Träger (12), der ein Trägermaterial aufweist, und einen abrasiven Oberflächenbelag (14) an einem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12), wobei der abrasive Oberflächenbelag (14) abrasive Funktionspartikel (16) und ein thermoplastisches Bindemittel (18) für eine haftfeste Verbindung zwischen zumindest einem Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) und dem Trägermaterial aufweist, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) an dem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) zumindest teilweise in das Trägermaterial eingebettet und mit dem Trägermaterial verbunden ist, und wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) an dem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) ferner in das thermoplastische Bindemittel (18) eingebettet ist, wobei das thermoplastische Bindemittel (18) mit den abrasiven Funktionspartikeln (16) und dem Trägermaterial verbunden ist.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein beschichtetes abrasives Werkzeug und ferner auf ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf ein beschichtetes abrasives Werkzeug in Form eines Schleifwerkzeugs, eines Polierwerkzeugs und/oder eines Reinigungswerkzeugs und auf dessen Herstellung.
  • Als Schleifmittel bzw. Abrasivstoffe werden im Allgemeinen Hartstoffkörner bezeichnet, die zum Schleifen, also zum Materialabtrag durch Zerspanen mit gebundenem Korn eingesetzt werden. Man kann dabei zwischen natürlichen Kornwerkstoffen und synthetischen Kornwerkstoffen unterscheiden. Auf Trägermaterialien aufgebrachte Schleifmittel werden auch als Schleifmittel auf Unterlage bezeichnet, wobei das Schleifmittel dann an der Oberfläche des Trägermaterials sitzt. Ferner können auch Schleifmittel zu Schleifkörpern geformt werden. Zu den Schleifkörpern zählen z. B. Trennscheiben, Schruppscheiben und Diamantschleifscheiben etc.
  • Bei den dargestellten Schleifmitteln auf Unterlage bzw. Schleifkörpern tritt bei Benutzung derselben ein Abtrag der Schleifmittelbeschichtung von oben (= der momentanen Oberfläche des Schleifelements) nach unten auf, so dass es zu einem kontinuierlichen Verschleiß des Schleifelements und damit zu einer Reduzierung der Schleif- und/oder Reinigungswirkung des Elements kommt. Ferner ist der Abtrag des Schleifelements und damit der Verschleiß des Schleifmittels des Schleifelements unmittelbar von dem Andruck des Schleifelements an dem zu bearbeitenden Werkstück abhängig.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein verbessertes beschichtetes abrasives Werkzeug zu schaffen, das eine hohe, zuverlässige und definierte Schleif- und/oder Reinigungswirkung bei einem niedrigen Verschleiß, d. h. einem niedrigeren Abrieb der abrasiven Funktionspartikel (Hartpartikel-Körner) gegenüber herkömmlichen Schleifelementen, aufweist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten abrasiven Werkzeugs zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche mit dem Vorrichtungsanspruch 1 und dem Verfahrensanspruch 12 gelöst.
  • Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein beschichtetes abrasives Werkzeug einen Träger, der ein Trägermaterial aufweist, und einen abrasiven Oberflächenbelag an einem Oberflächenbereich des Trägers, wobei der abrasive Oberflächenbelag abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel für eine haftfeste Verbindung zwischen zumindest einem Teil der abrasiven Funktionspartikel und dem Trägermaterial aufweist, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel an dem Oberflächenbereich des Trägers zumindest teilweise in das Trägermaterial eingebettet und mit dem Trägermaterial verbunden ist, und wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel an dem Oberflächenbereich des Trägers ferner in das thermoplastische Bindemittel eingebettet ist, wobei das thermoplastische Bindemittel mit den abrasiven Funktionspartikeln und dem Trägermaterial verbunden ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten, abrasiven Werkzeugs folgende Schritte: Zuführen eines Pulvergemischs zu einer thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung, die auf einen Oberflächenbereich eines zu beschichtenden Trägers gerichtet ist, wobei das Pulvergemisch abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel aufweist, wobei das Pulvergemisch die Funktionspartikel und das thermoplastische Bindematerial als getrennte Pulverteilchen aufweist, oder wobei das Pulvergemisch die mit dem thermoplastischen Bindemittel zumindest teilweise oder vollständig ummantelten Funktionspartikel aufweist, und wobei in der thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung eine Verringerung der Viskosität des Bindemittels bewirkt wird, und Aufbringen der Funktionspartikel mit dem eine verringerte Viskosität aufweisenden Bindemittel auf einen Oberflächenbereich des Trägers, wobei sich das thermoplastische Bindemittel beim Aufbringen auf den Oberflächenbereich des Trägers wieder verfestigt und der abrasive Oberflächenbelag auf dem Träger des abrasiven Werkzeugs mit den Funktionspartikeln und dem thermoplastischen Bindemittel gebildet wird.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verschleißarmes, beschichtetes, abrasives Werkzeug, wie z. B. ein Schleifwerkzeug, ein Polierwerkzeug, einen Reinigungskörper oder eine beschichtete Bürste, bereitzustellen, wobei die abrasiven Funktionspartikel, d. h. das Schleifmittel bzw. die Abrasivstoffe, haftfest mit dem Trägermaterial bzw. Substrat verbunden sind. Dazu sind einerseits die abrasiven Funktionspartikel zumindest teilweise in das Trägermaterial eingebettet bzw. darin verankert, wobei ferner ein thermoplastisches Bindemittel bzw. Polymer an dem Oberflächenbereich des Trägers und den abrasiven Funktionspartikeln aufgebracht ist, so dass die abrasiven Funktionspartikel an dem Oberflächenbereich ferner in das thermoplastische Bindemittel eingebettet sind, d.h. das thermoplastische Bindemittel mit den abrasiven Funktionspartikeln und dem Trägermaterial stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist. Damit kann eine zuverlässige haftfeste Fixierung der abrasiven Funktionspartikel an dem Träger erreicht werden, um den verschleißfesten abrasiven Oberflächenbelag des abrasives Werkzeugs zu erhalten. Das thermoplastische Bindemittel (auch: thermoplastischer Binder) dient somit auch als Schutz bzw. Verschleißschutz für die eingebetteten, abrasiven Funktionspartikel bzw. Schleifpartikel. Dadurch kann aufgrund der verringerten Abnutzung des abrasiven Oberflächenbelags eine erhöhte Standzeit des beschichteten, abrasiven Werkzeugs erreicht werden.
  • Das thermoplastische Bindemittel kann ferner eine verringerte Anhaftung des abgetragenen Materials am beschichteten, abrasiven Werkzeug bewirken, so dass das abgetragene Material bzw. der Schleifstaub relativ einfach ab dem abrasiven Oberflächenbelag zum Beispiel mittels Luftströmung entfernt bzw. abgesaugt werden kann. Dadurch wird ein Zusetzen des Werkzeugs verringert, was zu einer höheren Standzeit führt.
  • Basierend auf den Materialeigenschaften des thermoplastischen Bindemittels können ferner sowohl das Abtragsverhalten des abrasiven Oberflächenbelags als auch die Gleiteigenschaften des abrasiven Oberflächenbelags auf den zu bearbeitenden Werkstück eingestellt bzw. an die Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werkstücks angepasst werden.
  • Der abrasive Oberflächenbelag kann dabei als eine Flächenbeschichtung (= Seitenflächenbeschichtung) und/oder eine Kantenbeschichtung (= Stirnflächenbeschichtung) des abrasiven Werkzeugs ausgebildet sein.
  • Ferner kann das beschichtete abrasive Werkzeug beispielsweise äußerst effizient mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1a eine schematische Darstellung in einer perspektivische Draufsicht (= 3D-Ansicht) eines Oberflächenbereichs eines z.B. vollflächig beschichteten abrasiven Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 1b eine schematische Querschnittsansicht eines Oberflächenbereichs eines beschichteten abrasiven Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Oberflächenbereichs eines beschichteten abrasiven Werkzeugs, das ein offenporiges Substrat- bzw. Trägermaterial aufweist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung bzw. eines Systems zum Beschichten eines Werkzeugs mit einem abrasiven Oberflächenbelag gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
    • 4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten abrasiven Werkzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele des vorliegenden Konzepts im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können Abmessungen von dargestellten Elementen, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung nicht maßstäblich dargestellt sein.
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele weisen die Figuren ein kartesisches Koordinatensystem x, y, z auf, wobei die die x-y-Ebene dem Hauptoberflächenbereich des Trägers bzw. Substrats entspricht bzw. parallel zu derselben ist und wobei die vertikale Richtung senkrecht zu der x-y-Ebene ist und der Tiefenrichtung durch den abrasiven Oberflächenbelag entspricht. In der folgenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „lateral“ eine Richtung in der x-y-Ebene (oder parallel dazu), wobei der Ausdruck „vertikal“ eine Richtung in der ±z-Richtung (oder parallel dazu) angibt.
  • Im Folgenden wird nun anhand der 1a-b ein beschichtetes abrasives Werkzeug 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei stellt 1a eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenbereichs 10-A des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 dar, während 1b einen vergrößerten Teilausschnitt des Oberflächenbereichs 10-A des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 in einer Querschnittsdarstellung darstellt.
  • Wie in 1a-b dargestellt ist, weist das beschichtete abrasive Werkzeug 10 einen Träger bzw. einen Grundkörper 12 und einen abrasiven Oberflächenbelag 14 an einem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 auf. Der Träger 12 kann je nach Anwendungsgebiet des abrasiven Werkzeugs 10 beispielsweise ein starres Trägermaterial oder ein flexibles bzw. elastisches Trägermaterial aufweisen. Der Oberflächenbelag 14 ist also beispielsweise an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 angeordnet, der als abrasive Bearbeitungsfläche des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 wirksam sein soll.
  • Der abrasive Oberflächenbelag 14 weist abrasive Funktionspartikel 16 und ein thermoplastisches Bindemittel 18, z. B. ein thermoplastisches Polymermaterial, für eine haftfeste Verbindung zwischen zumindest einem Teil der abrasiven Funktionspartikel 16 und dem Träger 12 auf. Zumindest ein Teil, z. B. zumindest 60 %, 80 %, 90 % oder 99% der abrasiven Funktionspartikel 16, ist an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 zumindest teilweise (oder auch vollständig) in das Trägermaterial eingebettet bzw. darin verankert und somit haftfest mit dem Trägermaterial verbunden. Die zumindest teilweise Einbettung der abrasiven Funktionspartikel 16 in den Träger 12 bildet somit beispielsweise eine formschlüssige Verbindung. Die eingebetteten abrasiven Funktionspartikel 16 werden auch als gebundene Körner 16 bezeichnet.
  • Wie beispielhaft in der schematischen Darstellung in 1a des abrasiven Oberflächenbereichs 14 dargestellt ist, kann der abrasive Oberflächenbelag gemäß einem Ausführungsbeispiel „vollflächig“ ausgebildet sein, d. h. die Zwischenräume zwischen den abrasiven Funktionspartikeln 16 auf dem Träger 12 können beispielsweise vollständig mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 und optional noch ein oder mehrere weitere aufgebrachte Materialien 18' (zum Beispiel die Gleiteigenschaften verbessernde additive Materialien 18') gefüllt werden, so dass eine vollflächige Beschichtung als abrasiver Oberflächenbelag 14 auf dem Träger 12 ausgebildet ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie dies beispielsweise anhand der 1b dargestellt ist, kann der abrasive Oberflächenbelag 14 auch „nicht-flächendeckend“ auf dem Träger 12 aufgebracht sein, so dass in einer Draufsicht auf den Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 Flächenbereiche des Trägermaterials freiliegend sind. Somit kann die Flächenbedeckung durch den abrasiven Oberflächenbelag 14 auf dem Träger 12 beispielsweise in einem Bereich von 1 % (5 % oder 10 %) bis 100 % liegen.
  • Die abrasiven Funktionspartikel 16 können somit zumindest teilweise oder auch vollständig durch das thermoplastische Bindemittel 18 bedeckt bzw. umschlossen sein, wobei über die aufgebrachte Menge des thermoplastischen Bindemittels 18 und damit über die zumindest teilweise oder vollständige Abdeckung der Funktionspartikel 16 die Verschleißeigenschaften, Abtragseigenschaften, Gleiteigenschaften und/oder Anhaftungseigenschaften für das abgetragene Material eingestellt bzw. auf das Material des zu bearbeitenden Werkstücks abgestimmt werden können, was aber trotzdem in den Zwischenräumen der Funktionspartikel 16 zu einer Bindung führt.
  • Zumindest ein Teil, z. B. zumindest 60 %, 80 %, 90 % oder 99%, der abrasiven Funktionspartikel 16 ist an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 in das thermoplastische Bindemittel 18 eingebettet, wobei das thermoplastische Bindemittel 18 mit den abrasiven Funktionspartikeln 16 und dem Trägermaterial form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird ein Werkstoff für die abrasiven Funktionspartikel als abrasiv bezeichnet, soweit dieser eine reibende oder schleifende Wirkung an einem zu bearbeitenden Werkstück (nicht gezeigt in 1a-b) hat, die wiederum einen glättenden, reinigenden oder abnutzenden Effekt an dem zu bearbeitenden Werkstück zur Folge hat.
  • Die abrasive Wirkung des beschichteten abrasiven Werkzeugs kann ferner über die Einbettungstiefe der abrasiven Funktionspartikel 16 in das Trägermaterial, über das Trägermaterial und/oder über das Material des thermoplastischen Bindemittels 18 eingestellt werden. Dabei können die Elastizität des Trägermaterials und die Elastizität des thermoplastischen Bindemittels 18 eingestellt und/oder aufeinander abgestimmt werden. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird ein Material als elastisch bezeichnet, wenn das Material bzw. der Werkstoff unter Krafteinwirkung seine Form verändert und bei Wegfallen der einwirkenden Kraft innerhalb des linear-elastischen Verhaltens in die Ursprungsform zurückkehren kann.
  • So können beispielsweise über die Materialeigenschaften des thermoplastischen Bindemittels 18 und weiterer optional aufgebrachter Zusatzmaterialien, wie z.B. PTFE (Polytetrafluorethylen), Graphit, Keramik und Molybdänsulfid (MoS2) als Trockenschmierstoff, die resultierenden Gleiteigenschaften des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 über der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (nicht gezeigt in 1a-b) eingestellt werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann ferner ein zusätzliches Material 18' als Oberflächenabdeckungsmaterial auf den vorhandenen abrasiven Oberflächenbelag 14 aufgebracht werden, um die resultierenden Gleiteigenschaften des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 einzustellen. Das Zusatzmaterial 18' kann bei den nachfolgend dargestellten Herstellungsverfahren 300 simultan mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 oder nachträglich zu dem thermoplastischen Bindemittel 18 auf den mit den abrasiven Funktionspartikeln 16 versehenen Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 aufgebracht werden. Somit kann das Zusatzmaterial oder Zusatzmaterialien auch in das thermoplastische Bindemittel 18 zum Einstellen der Eigenschaften des abrasiven Oberflächenbelags 14 integriert bzw. eingebracht werden. Beispielsweise kann unter Verwendung von Trockenschmierstoffen wie zum Beispiel PTFE, Grafit, Keramik und Molybdänsulfid (MoS2) eine verringerte Reibung zwischen dem abrasiven Werkzeug 10 und dem zu bearbeitenden Werkstück erhalten werden.
  • Das Trägermaterial des Trägers 12 kann beispielsweise eine Kombination verschiedener Materialien, z.B. einen Träger 12 mit einem PUR-Trägerschicht und einer SBR-Deckschicht, wobei die abrasiven Funktionspartikel 16, z.B. Diamant, mit dem thermoplastischen Bindemittel 18, z.B. POM, und dem optionalen Zusatzmaterial 18', z.B. einem Gleitmittel (PTFE), auf dem Träger 12 angeordnet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die abrasiven Funktionspartikel 18 einen mittleren bzw. durchschnittlichen Durchmesser d1 auf, der beispielsweise zwischen 100 nm und 2 mm liegt. Zumindest ein Teil, z. B. zumindest 80 %, 90 % oder 99%, der abrasiven Funktionspartikel 18 des abrasiven Oberflächenbelags 14 ist in einer durchschnittlichen (mittleren) Einbettungstiefe d2 in das Trägermaterials eingebettet, wobei die Einbettungstiefe d2 zumindest 5% (oder 10%) des durchschnittlichen Durchmesser d1 der abrasiven Funktionspartikel 18 entspricht. Die abrasiven Funktionspartikel 16 sind also an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 zumindest teilweise oder auch vollständig in das Trägermaterial eingebettet bzw. darin verankert und somit haftfest mit dem Träger 12 verbunden, d.h. beispielsweise formschlüssig verbunden.
  • Die Kombination aus Einbettung der abrasiven Funktionspartikel in das Trägermaterial sowie Einbettung der abrasiven Funktionspartikel in das thermoplastische Bindemittel ergibt eine äußerst haftfeste Verbindung bzw. Verankerung der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Träger 12.
  • Abhängig von den verwendeten Materialien für das Trägermaterial, den abrasiven Funktionspartikeln 16 und dem thermoplastischen Bindemittel 18 liegt eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung dieser Komponenten zur haftfesten Verbindung bzw. Verankerung der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Träger 12 vor. Im Fall von „inerten“ abrasiven Funktionspartikeln 16 kommt es durch das teilweise Einbetten der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem Trägermaterial im Wesentlichen zu einer formschlüssigen Verbindung zwischen den abrasiven Funktionspartikeln 16 und dem Trägermaterial des Trägers 12, wobei ferner entsprechend eine formschlüssige Verbindung der „inerten“ abrasiven Funktionspartikel 16 mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 vorliegt. Ferner kann abhängig von den Materialien eine stoffschlüssige Verbindung (zum Beispiel Klebeverbindung) des thermoplastischen Bindemittels 18 mit dem Trägermaterial des Trägers 12 und/oder eine formschlüssige Verbindung (= ein Ineinandergreifen) des aufgebrachten thermoplastischen Bindemittels 18 mit dem Trägermaterial des Trägers 12, zum Beispiel eines offenporigen Trägermaterials, erfolgen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es ferner möglich, dass bei einem nicht-inerten Material der abrasiven Funktionspartikel 18 diese Funktionspartikel auch stoffschlüssig mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 und/oder dem Trägermaterial des Trägers 12 verbunden sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind zumindest 60%, 80% oder 90% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags 14 mit einer Mono-Lage der abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12, d.h. einlagig bzw. in einer Ebene, bedeckt. Die aufgebrachten und eingebetteten, abrasiven Funktionspartikel 16 bilden mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 bilden somit einen abrasiven Oberflächenbelag 14 bei dem die abrasiven Funktionspartikel 16 einlagig bzw. zwei-dimensional (x-y-Ebene) angeordnet sind.
  • Wie in 1b gezeigt ist, ist der Großteil der abrasiven Funktionspartikel 16 nebeneinander auf dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers angeordnet. Es können aber einige wenige der aufgebrachten abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers auch „aufeinander“ oder „verklumpt“ angeordnet sein (siehe 1b - ganz rechts), wobei dies durch das nachfolgend beschriebene Herstellungsverfahren 300 aber weitestgehend vermieden werden kann. Da die abrasiven Funktionspartikel 16 beispielsweise als eine Mono-Lage in Kombination mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 als der abrasive Oberflächenbelag 14 ausgebildet sind, kann ein äußerst formstabiles abrasives Werkzeug 10 realisiert werden, das darüber hinaus äußerst gute Gleiteigenschaften auf dem zu bearbeitenden Werkstück aufweist, d. h. das abrasive Werkzeug 10 lässt sich mit relativ geringem Kraftaufwand über die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks führen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 eine Belegungsdichte A (= Verteilung der abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A) mit A = 0,1 - 100%, oder A = 0,1 - 10% oder A = 1 - 5% aufweisen, d.h. die abrasiven Funktionspartikel 16 sind verteilt oder auch vollflächig auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements angeordnet. Das thermoplastische Bindemittel 18 kann dann die resultierenden Zwischenräume des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 mit einer Belegungsdichte B mit B = 100 % - A, B ≥ 90 % - A, oder B ≥ 80 % - A belegen, d.h. vollständig (B = 100 %) oder zumindest teilweise (B ≥ 90 % oder B ≥ 80 %).
  • So kann nun durch die Wahl der Belegungs- bzw. Verteilungsdichte A der abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A des Träger 12 ferner gezielt die Abtragswirkung eingestellt werden. So kann beispielsweise eine erhöhte Belegungsdichte A der abrasiven Funktionspartikel 16 zu einer erhöhten Abtragswirkung des abrasiven Werkzeugs 10 beitragen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 (relativ) glatt oder eben (wie in 1a-b beispielhaft gezeigt) ausgebildet sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 profiliert (nicht gezeigt in 1a-b) ausgebildet sein und beispielsweise Noppen, eine Pyramidenform, eine Pyramidenstumpfform, eine Kegelform, eine Kegelstumpfform oder im Querschnitt eine Wellenform aufweist. Durch die Wahl der Profilierung bzw. der Topologie des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 kann ferner gezielt die Abtragswirkung eingestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der mit dem abrasiven Oberflächenbelag 14 versehene Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 auch eine Rillenstruktur oder eine Struktur mit spiralförmig angeordneten Vertiefungen oder Erhöhungen (= Schneckenstruktur) des Oberflächenbereichs aufweisen.
  • Die Profilierung des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 kann dabei unterstützen, um Verunreinigungen, d.h. beispielsweise abgetragenes Material bzw. Schleifstaub des bearbeiteten Werkstücks, einfach nach außen abzutransportieren, so dass sich der entstehende Schleifstaub leichter entfernen bzw. absaugen lässt ohne das Schleifwerkzeug 10 damit zuzusetzen, so dass hohe Standzeiten des Schleifwerkzeugs 10 erreicht werden können.
  • Diese Oberflächenprofilierung an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 kann beispielsweise während des nachfolgend beschriebenen Verfahrens 300 zur Herstellung eines beschichteten, abrasiven Werkzeugs 10 erfolgen, indem mit der dort verwendeten thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung durch thermisches Einwirken auf das Trägermaterial die gewünschte Profilierung des Oberflächenbereichs des Trägers 12 eingebracht und erhalten wird.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen kann die geometrische Ausgestaltung des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 im Wesentlichen eine beliebige Freiformfläche annehmen, die beispielsweise als Gegenstück bzw. Negativform bezüglich des zu bearbeitenden Werkstück ausgebildet ist, wobei die Bearbeitung ein Schleifvorgang, Reinigungsvorgang, Poliervorgang etc. sein kann.
  • Ist nun beispielsweise das Werkstück kugelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet, kann der Träger 12 einen Oberflächenbereich 12-A aufweisen, der als Negativform oder Gegenstück zu dem Kugel- oder kugelsegmentförmigen Werkstück ausgebildet ist. Weitere mögliche geometrische Ausgestaltungen des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 können beispielsweise eine Zylinderform, Kegelform, Kegelstumpfform etc. oder Gewindestruktur sein, um die Negativform für ein entsprechendes Werkstück (= 3D-Körper) in Form z. B. einer Kugel, einer Vertiefung, einer Bohrung, einer Durchführung, eines Gewindes etc. zu bilden. Diese Aufzählungen von 3D-Körpern sind aber nicht als abschließend anzusehen.
  • Durch Ausbilden des Oberflächenbereichs 12-A des Trägers 12 als Negativform des zu bearbeitenden Oberflächenbereichs 12-A des Werkstücks 12 kann eine flächige Bearbeitung bzw. flächige Belastung des abrasiven Werkzeugs 10 auf den zu bearbeitenden Oberflächenbereich des Werkstücks ausgeübt werden. Damit kann eine äußerst gleichmäßige Schleif-, Polier- und/oder Reinigungswirkung für beliebige 3D-Körper (= zu bearbeitende Werkstücke) erhalten werden. Durch die gleichmäßige und flächige Bearbeitung des Werkstücks kann eine äußerst gleichmäßiges Schleif-, Polier- und/oder Reinigungsbild durch das abrasive Werkzeug 10 an dem zu bearbeitenden Werkstück erreicht werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das beschichtete abrasive Werkzeug 10 ein Trägermaterial mit z.B. Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC (Polyvinylchlorid), PUR (Polyurethane), Papier, Latex, PE (Polyethylen), PA (Polyamide), PET (Polyethylenterephthalat), PC (Polycarbonate), SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), PTHF (Polytetrahydrofuran), Carbonat, mit einem Schaumstoffmaterial, ein Borstenmaterial einer Bürste und/oder einem Folienmaterial aufweisen. Das Trägermaterial kann z. B. flexiblen bzw. elastisch ausgebildet sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die abrasiven Funktionspartikel 16 als Hartpartikel oder Korn ausgebildet sein und z.B. Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien, z.B. Apatit, Naturstoffe, z.B. zerkleinerte oder geschrotete Hülsenschalen, Nussschalen etc., oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die abrasiven Funktionspartikel 16 ein inertes Material aufweisen, z.B. ein stabiles und unter gegebenen Bedingungen unreaktives Material. Über die Konzentration und/oder Härte der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem abrasiven Oberflächenbelag 14 ist nun ferner der resultierende Abtrag des abrasiven Werkzeugs 10 (bei einem definiertem Andruck) einstellbar.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das beschichtete abrasive Werkzeug 10 ein thermoplastisches Bindemittel 18 mit einem thermoplastisches Polymermaterial wie z.B. PE (Polyethylen), PA (Polyamide), PC (Polycarbonate, ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), PVC (Polyvinylchlorid), PET (Polyethylenterephthalat), PEEK (Polyetheretherketon), PTFE (Polytetrafluorethylen), PUR (Polyurethane), PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PTHF (Polytetrahydrofuran) aufweisen. Das Trägermaterial kann z. B. auch flexiblen bzw. elastisch sein, wobei die abrasiven Funktionspartikel, d. h. das Schleifmittel bzw. die Abrasivstoffe, zuverlässig haftfest, z. B. formschlüssig, mit demselben verbunden sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel des das beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 können das thermoplastische Bindemittel 18 und das Trägermaterial 12 das gleiche Material bzw. die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen.
  • Durch diese Anbindung bzw. Verankerung der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Träger 12, der z. B. ein elastisches Trägermaterial aufweist, kann eine gewisse Bewegungsfreiheit des abrasiven Funktionspartikels (= Schleifkorns) 18 bei einem Schleifvorgang erreicht werden, so dass bei einem (erhöhten) Ausüben von Druck auf das beschichtete abrasive Werkzeug 10, d.h. beim Andrücken des beschichteten abrasiven Werkzeugs an ein zu bearbeitendes Werkstück, die eingebetteten abrasiven Funktionspartikel (= gebundenen Schleifkörner) 16 nicht wie bei im Stand der Technik üblichen Schleifelementen wegbrechen, aus der Bindung ausbrechen oder zerbrechen, sondern aufgrund der Flexibilität bzw. der Elastizität des Trägermaterials eine Ausweichbewegung, z.B. ein Eintauchen, in das Trägermaterial und/oder ein elastisches, seitliches Wegkippen durchführen. Diese mögliche vertikale und/oder laterale Ausweichbewegung der eingebetteten abrasiven Funktionspartikel 16 kann somit eine Art 3D-Beweglichkeit der eingebetteten abrasiven Funktionspartikel 16 ergeben. Damit kann der Verschleiß der eingebetteten, abrasiven Funktionspartikel deutlich verringert werden, wodurch ein äußerst formstabiles beschichtetes abrasives Werkzeug bereitgestellt werden kann.
  • Insbesondere kann nun durch die Wahl des Materials des thermoplastischen Bindemittels, d. h. beispielsweise der jeweiligen Härte des thermoplastischen Bindemittels, in Abstimmung mit den abrasiven Funktionspartikeln und dem z. B. elastischen Trägermaterial die Abtragswirkung, die Gleiteigenschaften bezüglich des zu bearbeitenden Werkstücks und ferner die mechanische Stabilität des abrasiven Werkzeugs gezielt eingestellt werden. So kann beispielsweise eine erhöhte Härte des thermoplastischen Bindemittels, d.h. ein hartes oder starres thermoplastisches Bindemittel, zu einem erhöhten Abtragswirkung, zu verbesserten Gleiteigenschaften und zu einer erhöhten Stabilität des abrasiven Werkzeugs beitragen.
  • Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass durch die erfindungsgemäße Anbringung der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Trägermaterial, d.h. einerseits durch die Einbettung bzw. Verankerung der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem Trägermaterial und andererseits über die Einbettung der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem thermoplastischen Bindemittel 18 und der daraus resultierenden stoff- und oder formschlüssigen Verbindung (= Klebeverbindung) der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Trägermaterial, eine äußerst zuverlässige haftfeste Verbindung zwischen den als Schneidstoffe wirksamen abrasiven Funktionspartikeln 16 und dem Trägermaterial des Trägers 12 erhalten werden.
  • Durch die oben beschrieben „3D-Beweglichkeit“ der eingebetteten abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Träger 12 und der daraus resultierenden, haftfesten Verbindung zwischen den abrasiven Funktionspartikeln 16 und dem Träger 12 können relativ große, abrasive Funktionspartikel 16 bei einem unveränderten Oberflächenbearbeitungsergebnis an dem zu bearbeitenden Werkstück eingesetzt werden. So können gegenüber herkömmlichen Schleifmitteln mit dem vorliegenden Konzept abrasive Funktionspartikel 16 mit einer zumindest doppelt oder auch dreifach so großen mittleren Partikelgröße eingesetzt werden. So werden bei einem herkömmlichen Schleifmittel mit einer Körnung P3000 abrasive Funktionspartikel mit einem mittleren Durchmesser von 7 µm eingesetzt während bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen abrasiven Werkzeug 10 bei einer Körnung P3000 auf den flexiblen Träger 12 aufgrund der 3D-Beweglichkeit der abrasiven Funktionspartikel 16 mit einer mittleren Partikelgröße (d50) von 15 - 25 µm, 18 - 22 µm und etwa 20 µm eingesetzt werden können.
  • Durch den möglichen Einsatz relativ großer, abrasiver Funktionspartikel 16 können gegenüber einem herkömmlichen Schleifmittel bei einem im Wesentlichen gleichen Oberflächenergebnis ein höherer Materialabtrag und damit eine schnellere Bearbeitungsgeschwindigkeit durch das vorliegende abrasive Werkzeug 10 erreicht werden. Ferner führt der Einsatz von größeren abrasiven Funktionspartikeln 16 zu einer erhöhten Standzeit des abrasiven Werkzeugs 10, da größere Funktionspartikel 16 eine größere Fläche zur Anbindung und damit zur haftfesten Verbindung mit dem Trägermaterial des Trägers aufweisen.
  • Die 3D-Beweglichkeit der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Träger 12 führt insbesondere zu einer homogenen, flächigen Bearbeitungswirkung, d. h. zu einem sehr homogenen Schliff- Polier- und/oder Reinigungsbild, an dem zu bearbeitenden Werkstück. So können insbesondere bei herkömmlichen Schleifmitteln auftretende Kratzer durch ein sogenanntes „rollendes Korn“ eliminiert werden, da die abrasiven Funktionspartikel 16 bei einer hohen bzw. erhöhten Krafteinwirkung in das z.B. flexible oder offenporige Trägermaterial des Trägers 12 „eintauchen“ können. Das erfindungsgemäße abrasive Werkzeug 10 kann somit selbst bei einer ungleichmäßig verteilten Anpresskraft effektiv verhindern, dass es zu einer optischen Veränderung des Bearbeitungsbilds an dem zu bearbeitenden Werkstück kommt, wobei dies insbesondere für eine Bearbeitung im „Handbetrieb“ vorteilhaft ist. Somit kann es insbesondere auch im Handbetrieb ein homogenes, wiederkehrendes Bearbeitungsbild, d. h. Schliff- Polier- und/oder Reinigungsbild realisiert werden. Selbst ein Verkanten des abrasiven Werkzeugs 10 and dem zu bearbeitenden Werkstück durch die Bedienperson oder ein Bediengerät kann durch die 3D-Beweglichkeit der abrasiven Funktionspartikel 16 an den Träger 12 ausgeglichen oder die Auswirkungen zumindest stark reduziert werden.
  • Über die Konzentration der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem abrasiven Oberflächenbereich und/oder über die Härte des thermoplastischen Bindemittels 18 ist nun ferner der resultierende Abtrag des abrasiven Werkzeugs 10 (bei einem definiertem Andruck) einstellbar. Ferner ist ein relativ geringer Verschleiß des abrasiven Werkzeugs 10, d. h. ein relativ geringer Abtrag der abrasiven Funktionspartikel (Schneidstoffe) 16 in der Anwendung realisierbar, so dass gegenüber im Stand der Technik bekannten Schleifelementen erheblich höhere Standzeiten durch das erfindungsgemäße beschichtete abrasive Werkzeug 10 erhalten werden können.
  • Da die abrasiven Funktionspartikel 16 beispielsweise als eine „Mono-Lage“ in Kombination mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 als der abrasive Oberflächenbelag 14 ausgebildet sind, kann ein äußerst formstabiles abrasives Werkzeug 10 realisiert werden, das darüber hinaus äußerst gute Gleiteigenschaften auf dem zu bearbeitenden Werkstück aufweist, d. h. das abrasive Werkzeug 10 lässt sich mit relativ geringem Kraftaufwand über die zu bearbeitende Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks führen.
  • Das aufgebrachte thermoplastische Bindemittel 18 kann ferner eine Schutzwirkung für den Träger 12 bzw. das Trägermaterial liefern, wie z. B. bei einem Schaumstoff als Trägermaterial.
  • Ferner kann das aufgebrachte, thermoplastische Bindemittel 18 dazu beitragen, das sich der Schleifstaub, d.h. das von dem zu bearbeiteten Werkstück abgetragene Material, relativ einfach entfernen bzw. absaugen lässt, so dass sich das abrasive Schleifwerkzeug 10 im Wesentlichen nicht zusetzt, und so eine hohe Standzeit des abrasiven Schleifwerkzeugs 10 erreicht werden kann.
  • Ferner besteht die Möglichkeit einer flächigen Absaugung des Schleifstaubs unter Verwendung eines offenporigen Trägers 12, z.B. eines PUR-Schaums oder eines Fließ-Materials (= offenporiges Gewebe), durch das abrasive Schleifwerkzeug 10 hindurch. Dabei kann das abrasive Schleifwerkzeug 10 beispielsweise mittels eines Klettverschlusses oder eines anderen luftdurchlässigen Verbindung an einer mit einer Absaugvorrichtung versehenen Bearbeitungsanordnung (nicht gezeigt in 1-b) angeordnet sein. Das abrasive Schleifwerkzeug 10 kann somit für eine Luftströmung und für Abtragspartikel (Schleifstaub) durchlässig ausgebildet sein.
  • Die Dicke des offenporigen Trägers 12 kann beispielsweise in einen Bereich zwischen 0,5 mm und 12 mm liegen, wobei die Absaugleistung im Allgemeinen umso höher ist, umso dünner der Träger 12 ausgestaltet ist.
  • Das beschichtete, abrasive Werkzeug 10 kann als ein Schleifwerkzeug, ein Polierwerkzeug oder einen Reinigungskörper ausgebildet sein. Ferner kann das beschichtete abrasive Werkzeug 10 beispielsweise als eine Bürste ausgebildet sein, wobei der abrasive Oberflächenbelag an einer Ober- oder Stirnseite eines Bürstenbesatzes (= Borsten) der Bürste angeordnet ist.
  • Das beschichtete abrasive Werkzeug 10 kann beispielsweise zum Schleifen und Polieren von Lackoberflächen ohne Paste, z. B. im Kfz-Bereich, bei Booten etc., bei der Bearbeitung von Glas (insbesondere mit einem flexiblen Träger 12), beim Schleifen und Polieren von Metalloberflächen, bei einer Reinigung von Metalloberflächen und/oder bei der Reinigung und Aufbereitung von Bodenbelägen, effektiv eingesetzt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das beschichtete abrasive Werkzeug 10 beispielsweise auch als Scheibenwischerblatt implementiert sein, wobei die abrasiven Funktionspartikel 16 mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 auf dem Scheibenwischerblatt (nicht gezeigt) angeordnet sind und für verbesserte Gleiteigenschaften, geringeren Verschleiß und einem hohen Abtrag, d.h. eine hohe Reinigungswirkung, von hartnäckigen Verunreinigungen auf der Windschutzscheibe wie zum Beispiel Insekten etc. sorgen. Dabei kann durch die Einbettung der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem abrasiven Oberflächenbelag 14 ein Verschleiß des Glasmaterials der Windschutzscheibe vermieden werden kann.
    Im Fall der Ausbildung des abrasive Werkzeugs 10 als Scheibenwischerblatt kann der abrasive Oberflächenbelag 14 beispielsweise an Seitenflächenbereichen und optional an der Wischkante des Scheibenwischerblatts angeordnet sein. Für die abrasiven Funktionspartikel 16 können beispielsweise Materialien eingesetzt werden, die gegenüber dem Glasmaterial der Windschutzscheibe eine relativ geringe bzw. geringere Härte, z. B. Mohs-Härte, aufweisen. So können beispielsweise neben den bereits genannten Materialien für die abrasiven Funktionspartikel 16 auch Mineralien, z.B. Apatit, oder Naturstoffe, z.B. zerkleinerte oder geschrotete Hülsenschalen, Nussschalen etc., eingesetzt werden.
  • Ferner kann das beschichtete abrasive Werkzeug beispielsweise äußerst effizient mit dem nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Oberflächenbereichs 12-A eines beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das ein offenporiges Substrat- bzw. Trägermaterial 12 aufweist. Wie in 2 dargestellt, weist das Trägermaterial 12 einen offenporigen Oberflächenbereich 12-A mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 aufweist, wobei die abrasiven Funktionspartikel 16 einen durchschnittlichen Durchmesser bzw. eine mittlere Partikelgröße d1 mit d1 ≤ ½ d3 oder mit d1 ≤ 1/4 d3 aufweisen. Durch die angegeben Größenverhältnisse kann sichergestellt werden, dass der abrasive Oberflächenbelag 14 als eine konturnahe Beschichtung ausgeführt werden kann.
  • Als ein offenporiges Trägermaterial kann beispielsweise Schaumstoff oder Flies etc. eingesetzt werden. Ein typisches Schaumstoffmaterial ist elastisch und weist eine Stauchhärte nach DIN 53577 bzw. ISO 3386 von 20 - 60 auf. Dies entspricht einem Druck von 2 - 6 kPa bei 40% Stauchung des Schaumstoffs.
  • Wie in 2 ferner dargestellt ist, kann eine geringe Anzahl von abrasiven Funktionspartikel 16', z.B. weniger als 20%, 10%, 2% oder 1%, der abrasiven Funktionspartikel 16 an dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 in das Trägermaterial eingebettet und damit darin (formschlüssig und haftfest) verankert sein, ohne dass dort zusätzlich ein thermoplastisches Bindemittel 18 für eine zusätzliche Klebebindung vorhanden ist.
  • Diese Situation kann beispielsweise an Oberflächenbereichen 12-A des Trägermaterials 12 auftreten, die bezüglich einer Vertikalen (= z-Richtung in 2) einen Unterschnitt 12-B aufweisen, wobei solche abrasiven Funktionspartikel 16' basierend auf der beim Beschichtungsprozess erhaltenen kinetischen Energie und mittels eines elastischen Stoßes (= Abprallen) an einem anderen eigebetteten abrasiven Funktionspartikel 16 an die Einbettungsposition in dem Unterschnittbereich 12-B gebracht werden können.
  • Ansonsten sind die obigen Ausführungen hinsichtlich des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 von 1a-b gleichermaßen auf das beschichtete abrasive Werkzeug 10 von 2 anwendbar. Ferner kann das beschichtete abrasive Werkzeug beispielsweise äußerst effizient mit dem nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden, d.h. der abrasive Oberflächenbelag 14 kann als eine konturnahe Beschichtung ausgebildet werden.
  • 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung bzw. eines Systems 100 zum Beschichten eines Werkzeugs 10 mit einem abrasiven Oberflächenbelag 14 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung 100 zur Förderung und Dosierung von Pulver 112 einen Pulvervorratsbehälter 110 zum Speichern und Bereitstellen von Pulver 112, einen Förderer 120, z.B. ein Schwingförderer, mit einer Fördereinrichtung 122 mit einer einstellbaren Förderrate zum Abgeben des Pulvers 112 an einen Pulverauslass 124 mit der einstellbaren Förderrate, eine Leitungsanordnung 130 zum Befördern des von dem Förderer 120 abgegebenen Pulvers 112 in einem Fördergas 115 als ein Pulver-Gas-Gemisch 116 und zum Zuführen des Pulver-Gas-Gemisches 116 zu einer Pulververarbeitungseinrichtung 200, wobei eine Auskoppeleinrichtung 132 in der Leitungsanordnung 130 vorgesehen ist, um einen definierten Anteil PM2 des Pulvers 112 aus dem Pulver-Gas-Gemisch 116 zu entnehmen, eine Pulvermengenmessanordnung 140 zum Erfassen der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit und zum Bereitstellen eines Pulvermengeninformationssignals S1, wobei die entnommene bzw. ausgekoppelte Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit innerhalb eines Toleranzbereichs ein vorgegebenes Verhältnis zu der geförderten Pulvermenge PM1 des Förderers 120 aufweist, und einer Steuerungseinrichtung 150, die ausgebildet ist, um basierend auf dem von der Pulvermengenmessanordnung 140 bereitgestellten Pulvermengeninformationssignal S1 die einstellbare Förderrate des Förderers 120 auf einen vorgegebenen Sollwert einzustellen.
  • Durch die äußerst exakte Dosierung der geforderten Pulvermenge zu der Pulververarbeitungseinrichtung, z. B. zu einer Plasmabeschichtungsanordnung bzw. einer Plasmadüse zum Plasmaspritzen, können im Wesentlichen beliebige Oberflächenstrukturen des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 äußerst gleichmäßig und exakt beschichtet mit dem einem abrasiven Oberflächenbelag 14 werden, wobei ferner die abrasiven Eigenschaften des aufgebrachten abrasiven Oberflächenbelags 14 sehr exakt eingestellt und dimensioniert werden können. Ferner können die aufgebrachten Schichtstrukturen bzw. der abrasiven Oberflächenbelag mit dem zu beschichtenden Bauelement stoff- und/oder formschlüssig verbunden bzw. einstückig ausgebildet sein.
  • 3 zeigt somit in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Vorrichtung 100 zur Förderung bzw. Zuführung und Dosierung von Pulver 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 zur Förderung und Dosierung von Pulver 112 weist einen Pulvervorratsbehälter 110 zum Speichern und Bereitstellen von Pulver 112 auf. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner einen Förderer 120, z.B. einen Schwingförderer, mit einer Fördereinrichtung bzw. Förderrinne 122, deren Förderrate zum Abgeben des Pulvers 112 an einen Pulverauslass 124 einstellbar ist, um eine Pulvermenge PM1 pro Zeiteinheit (z.B. pro Sekunde) an dem Pulverauslass 124 bereitzustellen. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Leitungsanordnung 130 zum Befördern des von dem Förderer 120 abgegebenen Pulvers 112 in einem Fördergas 115 als ein Pulver-Gas-Gemisch 116 und zum Zuführen des Pulver-Gas-Gemisches 116 zu einer (optionalen) Pulververarbeitungseinrichtung 200, die zum Beispiel als eine Plasmabeschichtungsanordnung bzw. Plasmadüse 200 zum Plasmaspritzen gemäß DIN 657 ausgebildet sein kann. Die Leitungsanordnung 130 umfasst ferner eine Auskoppeleinrichtung bzw. einen Bypass 132, um einen definierten Anteil bzw. eine definierte Pulvermenge PM2 des Pulvers 112 aus dem Pulver-Gas-Gemisch 116 auszukoppeln bzw. zu entnehmen. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Pulvermengenmessanordnung 140 zum Erfassen der ausgekoppelten Pulvermenge pro Zeiteinheit und zum Bereitstellen eines Pulvermengeninformationssignals S1 basierend auf der ausgekoppelten Pulvermenge pro Zeiteinheit. Die Auskoppeleinrichtung 132 ist nun ausgebildet, so dass die entnommene Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit innerhalb eines Toleranzbereichs ein vorgegebenes Verhältnis zu der geförderten Pulvermenge PM1 (Gesamtpulvermenge) des Förderers 120 und damit auch ein vorgegebenes Verhältnis zu der von der Leitungsanordnung 130 an die Pulververarbeitungseinrichtung 200 zugeführte Pulvermenge PM3 (= geförderte Pulvermenge PM1 minus entnommene Pulvermenge PM2) pro Zeiteinheit aufweist.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 150, die ausgebildet ist, um basierend auf dem von der Pulvermengenmessanordnung 140 bereitgestellten Pulvermengeninformationssignal S1 den Förderer bzw. Schwingförderer 120 mit einem Steuersignal S2 anzusteuern, um die Förderrate des Förderers 120 auf einen vorgegebenen Soll- bzw. Zielwert, d.h. auf die Zielförderrate PM1, einzustellen, so dass die exakte Dosierung der geförderten Pulvermenge PM1 und damit die zu der Pulververarbeitungseinrichtung 200 zugeführte Pulvermenge PM3 erhalten werden kann.
  • Damit die von der Steuerungseinrichtung 150 vorgenommene Ansteuerung des Förderers 120 zur Einstellung der Förderrate des Förderers 120 auf eine vorgegebene Zielförderrate ausreichend gute Zuführungs- und Dosierungsergebnisse liefert, wird ein Toleranzbereich eingeführt, innerhalb dessen die entnommene Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit, die aus dem Pulver-Gas-Gemisch mittels der Auskoppeleinrichtung 132 ausgekoppelt wird, in einem vorgegebenen festen Verhältnis zu der geförderten Pulvermenge bzw. Gesamtpulvermenge PM1 des Förderers 120 vorliegen sollte. Es wird also ein Toleranzbereich für das vorgegebene Verhältnis zwischen der entnommenen Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit zu der geförderten Pulvermenge PM1 pro Zeiteinheit des Förderers 120 eingeführt. Der Toleranzbereich kann somit beispielsweise angeben, dass das tatsächliche Verhältnis der entnommenen Pulvermenge pro Zeiteinheit zu der geförderten Gesamtpulvermenge pro Zeiteinheit des Förderers 120 um weniger als 20%, 10%, 5%, 2%, 1% oder 0,1% von dem vorgegebenen Verhältnis abweicht oder keine oder nur eine vernachlässigbar kleine Abweichung vorhanden ist. Je niedriger der Toleranzbereich angenommen wird und eingehalten werden kann, umso genauer kann die Steuerungseinrichtung 150 die einstellbare Förderrate des Förderers 120 auf die vorgegebene Zielförderrate einstellen.
  • Der Toleranzbereich kann beispielsweise sich ändernde Umgebungsparameter, wie Temperatur etc. oder abweichende physikalische Eigenschaften des Pulvers, wie zum Beispiel Größe und/oder Dichte der Pulverpartikel, oder Änderungen (Schwankungen) des Gasdrucks bzw. der Gastemperatur des Fördergases 115 oder auch weitere Umgebungsparameter und/oder Einflussgrößen berücksichtigen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auskoppeleinrichtung 132 ausgebildet, um einen vordefinierten Anteil bzw. das vorgegebene Verhältnis der von dem Förderer 120 an dem Pulverauslass 124 abgegebenen und in der Leitungsanordnung 130 transportierten Pulvermenge PM1 in dem Pulver-Gas-Gemisch 116 zu entnehmen. Dabei kann beispielsweise die Auskoppeleinrichtung 132 als Leitungs- bzw. Rohrabschnitt der Leitungsanordnung 130 mit einem Auskoppelpfad 133 versehen sein. Insbesondere kann die Auskoppeleinrichtung 132 entlang der Strömungsrichtung des Pulver-Gas-Gemisches in unterschiedliche Volumenbereiche unterteilt sein, um eine homogene Verteilung des Pulver-Gas-Gemisches in der Auskoppeleinrichtung 132 zu erhalten, um möglichst exakt das vorgegebene Verhältnis zwischen der entnommenen Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit und der geförderten Pulvermenge PM1 des Förderers 120 bzw. der an die Pulververarbeitungseinrichtung 200 zugeführten Pulvermenge PM3 beizubehalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Auskoppeleinrichtung 132 in Strömungsrichtung des Pulver-Gas-Gemisches einen Einlassbereich, einen Expansionsbereich bzw. Saugbereich, einen Homogenisierungsbereich, einen Auskoppel- bzw. Entnahmebereich und einen Ausgabe- bzw. Komprimierungsbereich aufweisen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Pulvermengenmessanordnung 140 ausgebildet, um basierend auf der entnommenen bzw. ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit das Gewicht der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit zu erfassen bzw. zu ermitteln. Basierend auf dem erfassten Gewicht der ausgekoppelten Pulvermenge pro Zeiteinheit kann dann das Pulvermengeninformationssignal S1 von der Pulvermengenmessanordnung 140 an die Steuerungseinrichtung 150 bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Pulvermengenmessanordnung 140 als eine Wägezelle bzw. Waage ausgebildet sein, um „direkt“ das Gewicht (bzw. die Masse) der ausgekoppelten Pulvermenge pro Zeiteinheit zu erfassen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Pulvermengenmessanordnung 140 ausgebildet sein, um die Anzahl der ausgekoppelten Pulverteilchen 112 optisch zu erfassen und das Pulvermengeninformationssignal S1 mit der Anzahl der ausgekoppelten Pulverteilchen an die Steuerungseinrichtung 150 bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Pulvermengenmessanordnung 140 ausgebildet sein, um die Anzahl und zum Beispiel die jeweilige Größe oder die durchschnittliche Größe der ausgekoppelten Pulverteilchen 112 optisch zu erfassen und das Pulvermengeninformationssignal S1 mit der Anzahl und (jeweiligen oder durchschnittlichen) Größe der ausgekoppelten Pulverteilchen an die Steuerungseinrichtung 150 bereitzustellen.
  • Basierend auf der Anzahl und (jeweiligen oder durchschnittlichen) Größe der ausgekoppelten Pulverteilchen kann das Volumen der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit ermittelt werden, wobei basierend auf dem ermittelten Volumen der ausgekoppelten Pulvermenge pro Zeiteinheit und ferner der (z.B. vorgegebenen) Materialdichte der verwendeten Pulverteilchen das Gewicht der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit ermittelt werden kann.
  • Das Ermitteln bzw. Berechnen des Volumens und/oder des Gewichts der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit kann dabei in der Pulvermengenmessanordnung 140 oder auch in der Steuerungseinrichtung 150 erfolgen.
  • Bei der optischen Erfassung der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 kann das von der Pulvermengenmessanordnung 140 bereitgestellte Pulvermengeninformationssignal S1 zumindest die Anzahl der ausgekoppelten Pulverteilchen umfassen, soweit die durchschnittliche Größe und die durchschnittliche Materialdichte der ausgekoppelten Pulverteilchen bekannt ist und als Information zur Verfügung steht. Somit kann beispielsweise die Pulvermengenmessanordnung 140 oder die Steuerungseinrichtung 150 die Berechnung des Gewichts der ausgekoppelten Pulvermenge PM2 pro Zeiteinheit durchführen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinrichtung 150 ausgebildet, um basierend auf dem Pulvermengeninformationssignal S1 die momentane Förderrate PM1 des Förderers 120 zu ermitteln und bei einer Abweichung der momentanen Förderrate des Förderers 120 von der Zielförderrate dann den Förderer 120 so anzusteuern, um die momentane Förderrate PM1 auf die Zielförderrate PM einzustellen.
  • Während des Betriebs der Vorrichtung 100 zur Förderung und Dosierung von Pulver 12 kann die Steuerungseinrichtung 150 somit ausgebildet sein, um die momentane, einstellbare Förderrate des Förderers 120 kontinuierlich auf die gewünschte Zielförderrate einzustellen bzw. nachzuführen.
  • Die Fördereinrichtung 122 des Förderers 120 als Schwingförderer wird beispielsweise zur Förderung des Pulvers bzw. der Pulverpartikel 112 zu einer Schwingungsbewegung senkrecht und parallel zur Förderrichtung angeregt, wobei der Schwingförderer 120 ausgebildet ist, um eine Schwingungsbewegung der Fördereinrichtung 122 mit einer Schwingungsfrequenz von 1 Hz bis 1 kHz oder von 50 Hz bis 300 Hz oder darüber bei einer Schwingweite bzw. Schwingamplitude in einem Bereich von 1 µm bis 1 mm oder von 5 µm bis 200 µm auszuführen, um die einstellbare Förderrate zu erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Förderer 120 als eine piezoelektrisch oder magnetisch angetriebene Fördereinrichtung 122 ausgebildet sein, d. h. die Schwingungsfrequenz und Schwingweite wird mittels piezoelektrischer und/oder magnetischer Aktoren erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann nun die Steuerungseinrichtung 150 ausgebildet sein, um basierend auf dem Pulvermengeninformationssignal S1 das Steuersignal S2 an den Förderer 120 zuzuführen, um die Schwingungsbewegung der Fördereinrichtung 122 des Förderers 120 einzustellen und die Zielförderrate zu erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Pulvervorratsbehälter 110 eine Auslasseinrichtung bzw. ein Auslassventil 114 zum Bereitstellen des Pulvers an die Fördereinrichtung 122 auf. Dabei hängt beispielsweise die Bereitstellungsrate des Pulvers 112 bzw. die Pulvermenge PM0 pro Zeiteinheit von dem Pulvervorratsbehälter 110 an die Fördereinrichtung 122 des Schwingförderers 120 von dem eingestellten Abstand D1 zwischen dem Auslassende 114-A der Auslasseinrichtung 114 und dem Förderoberflächenbereich 122-A der Fördereinrichtung 122 ab.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Abstandseinstelleinrichtung (nicht gezeigt in 3) zum Einstellen des Abstands bzw. des Spalts D1 zwischen dem Auslassende 114-A der Auslasseinrichtung 114 und dem Förderoberflächenbereich 122-A der Fördereinrichtung 122 vorgesehen sein, um beispielsweise eine Vordosierung bzw. Grobdosierung der von dem Pulvervorratsbehälter 110 an die Fördereinrichtung 122 des Förderers 120 bereitgestellte Pulvermenge PM0 vorzusehen.
  • Wie nun bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, kann die Pulververarbeitungseinrichtung 200, der das Pulver-Gas-Gemisch 116 mit der eingestellten Pulvermenge PM3 pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise als eine Plasmabeschichtungsanordnung bzw. eine Plasmadüse zum Plasmaspritzen gemäß DIN 657 ausgebildet sein.
  • Die Pulverfördereinrichtung 100 ist im Allgemeinen für alle Anwendungen zur dosierten Förderung bzw. Zuführung eines Aerosols zu der Pulververarbeitungseinrichtung 200 anwendbar. Als Aerosol werden beispielsweise in einem Trägergas beförderte Partikel bzw. Feststoffe bezeichnet. Neben Plasmabeschichtungs- bzw. Plasmaspritzanwendungen kann die Pulverfördereinrichtung 100 ferner auch bei Laserauftragsschweißprozessen bzw. Laserplasmabeschichtungsprozessen eingesetzt werden.
  • Die in 3 dargestellte Gesamtanordnung 101 zur Herstellung einer Schichtstruktur 270, wie z.B. des abrasiven Oberflächenbelags 114, an einem Oberflächenbereich 262 eines Bauelements 260 kann somit die im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung 100 zur Förderung und Dosierung von Pulver 112 sowie eine Plasmabeschichtungsanordnung 200 aufweisen. Die Plasmabeschichtungsanordnung 200 kann beispielsweise eine Plasmaquelle zum Einbringen eines Plasmas in einen Prozessbereich aufweisen, um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem Plasma zu aktivieren, und kann ferner eine Aufbringungseinrichtung bzw. Auslassdüse zum Aufbringen der aktivierten Pulverteilchen auf dem Oberflächenbereich des Bauelements aufweisen, um die Schichtstruktur auf dem Oberflächenbereich des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 zu erhalten.
  • 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 zur Herstellung eines beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 kann beispielsweise mit der in 3 dargestellten Vorrichtung 100 zum Beschichten eines Werkzeugs 10 mit einem abrasiven Oberflächenbelag 14 durchgeführt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 zur Herstellung eines beschichteten, abrasiven Werkzeugs einen Schritt 310 des Zuführens eines Pulvergemischs zu einer thermischen Spritzvorrichtung, z.B. gemäß DIN EN657, oder niederthermischen Spritzvorrichtung auf, die auf einen Oberflächenbereich 12-A eines zu beschichtenden Trägers 12 gerichtet ist, wobei das Pulvergemisch abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel aufweist. Dabei weist das Pulvergemisch die Funktionspartikel 16 und das thermoplastische Bindematerial 18 als getrennte Pulverteilchen aufweist, oder das Pulvergemisch weist die mit dem thermoplastischen Bindemittel 18 zumindest teilweise oder vollständig ummantelten Funktionspartikel 16 auf. Ferner wird in der thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung eine Verringerung der Viskosität des thermoplastischen Bindemittels 18 bewirkt.
  • Basierend auf dem erforderlichen Energieeintrag in der Spritzvorrichtung wird eine thermische Spritzvorrichtung 200 oder eine niederthermische Spritzvorrichtung 200 eingesetzt. Der Einfluss des Energieeintrags der Spritzvorrichtung 200 basiert auf der Größe der abrasiven Funktionspartikel, wobei im Allgemeinen gilt, je größer die Funktionspartikel 16 sind, desto mehr Energie wird benötigt, um das thermoplastische Bindemittel 18 zu aktivieren, d.h. in die Schmelze zu überführen. Darüber hinaus ist hinsichtlich des Energieeintrags der Spritzvorrichtung 200 der Schmelzpunkt „thermoplastischer Binder und Trägermaterial“ zu berücksichtigen, wobei im Allgemeinen gilt, je höher der Schmelzpunkt des Trägers 12 bzw. des thermoplastischen Bindemittels 18 ist, umso mehr Energie wird benötigt, diese in die Schmelze zu überführen.
  • Bei einem Schritt 320 des Verfahrens 300 werden die abrasiven Funktionspartikel 16 mit dem eine verringerte Viskosität aufweisenden Bindemittel 18 auf einen Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 aufgebracht, wobei sich das thermoplastische Bindemittel 18 beim Aufbringen auf den Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 wieder verfestigt und der abrasive Oberflächenbelag 14 auf dem Träger 12 des abrasiven Werkzeugs 10 mit den Funktionspartikeln 16 und dem thermoplastischen Bindemittel 18 gebildet wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Aufbringen 320 der abrasiven Funktionspartikel 16 auf den Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12 ferner eine teilweise Einbettung zumindest eines Teils der abrasiven Funktionspartikel 16 in einer Einbettungstiefe d3 des Trägermaterials des Trägers 12 bewirkt wird, wobei die Einbettungstiefe d3 zumindest 5% eines durchschnittlichen Durchmessers d1 der abrasiven Funktionspartikel entspricht, mit d3 ≥ 0,05 d1.
  • Diese Einbettung der auf dem Träger 12 auftreffenden, abrasiven Funktionspartikel 16 in dem Trägermaterial erfolgt z.B. basierend auf der beim Beschichtungsprozess erhaltenen kinetischen Energie der abrasiven Funktionspartikel 16.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 330 des Einstellens der Verteilungsdichte der Funktionspartikel 16 auf der Oberfläche 12-A über den Anteil der abrasiven Funktionspartikel 16 in dem Gemisch aus thermoplastischem Bindemittel 18 und Funktionspartikel 16, der der Spritzvorrichtung 200 zugeführt wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 340 des Einstellens der Pulverfördermenge und des Vorschubs über der Trägeroberfläche 12-A, so dass beim Aufbringen der abrasiven Funktionspartikel 16 und des thermoplastischen Bindemittels 18 zumindest 60% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags 14 als eine Mono-Lage der abrasiven Funktionspartikel 16 auf dem Oberflächenbereich 12-A des Trägers 12, d.h. einlagig, ausgebildet wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Träger 12 einen offenporigen Oberflächenbereich 12-A mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 aufweist, wobei die Funktionspartikel 16 einen durchschnittlichen Durchmesser d1 mit d1 ≤ ½ d3 oder d1 ≤ ¼ d3 aufweisen, um eine haftfeste Verbindung des abrasiven Oberflächenbelags, der der Topographie des offenporigen Oberflächenbereichs konturnah folgt, an der offenporigen Trägeroberfläche zu bewirken.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Trägermaterial Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC, PUR, Papier, Latex, PE, PA, PET, PC, SBR, PTHF, Carbonat, ein Schaumstoffmaterial, ein Borstenmaterial einer Bürste und/oder ein Folienmaterial aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die abrasiven Funktionspartikel als Hartpartikel ausgebildet sind und weisen Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien (Apatit), Naturstoffe (Hülsenschalen) oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm auf, wobei das thermoplastische Bindemittel PE, PA, PC, ABS, PVC, PET, PEEK, PTFE, PUR, PMMA oder PTHF aufweisen kann.
  • Bei dem vorliegenden Verfahren 300 zur Herstellung eines beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 wird zunächst das Ausgangsmaterial zur Beschichtung bereitgestellt, wobei die abrasiven Funktionspartikel 16 (= Schneidstoffe) mit einem thermoplastischen Bindematerial bzw. Polymermaterial 18 gemischt werden. Dabei können die abrasiven Funktionspartikel mit dem thermoplastischen Bindemittel bereits gebunden sein oder alternativ (oder zusätzlich) können die abrasiven Funktionspartikel 16 und das thermoplastische Bindemittel 18 (z. B. Polymerpartikel) homogen verteilt zu der Spritzvorrichtung 200 zugeführt werden. Die Konzentration des Polymermaterials kann sich beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 und 95 % (MP) befinden. Die Verbindung des Ausgangsmaterials, d. h. der abrasiven Funktionspartikel 16 und des thermoplastischen Bindemittels 18, mit dem Träger 12 erfolgt mittels eines thermokinetischen Prozesses. Optional kann nach dem Aufbringen des abrasiven Oberflächenbelags 14 auf den Träger 12 noch ein thermischer Pressvorgang (zur mechanischen Druckausübung) unter erhöhter Temperatur erfolgen.
  • Im Folgenden ist eine Zusammenfassung von Ausführungsbeispielen des beschichteten abrasiven Werkzeugs 10 und des Verfahrens 300 zum Herstellen desselben dargestellt.
  • Gemäß einem Aspekt weist ein beschichtetes abrasives Werkzeug folgende Merkmale auf: einen Träger, der ein Trägermaterial aufweist, und einen abrasiven Oberflächenbelag an einem Oberflächenbereich des Trägers, wobei der abrasive Oberflächenbelag abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel für eine haftfeste Verbindung zwischen zumindest einem Teil der abrasiven Funktionspartikel und dem Trägermaterial aufweist, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel an dem Oberflächenbereich des Trägers zumindest teilweise in das Trägermaterial eingebettet und mit dem Trägermaterial verbunden ist, und wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel an dem Oberflächenbereich des Trägers ferner in das thermoplastische Bindemittel eingebettet ist, wobei das thermoplastische Bindemittel mit den abrasiven Funktionspartikeln und dem Trägermaterial stoff- und oder formschlüssig verbunden ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weisen die abrasiven Funktionspartikel einen durchschnittlichen Durchmesser d1 auf, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel des abrasiven Oberflächenbelags in einer Einbettungstiefe d2 des Trägermaterials eingebettet ist, wobei die Einbettungstiefe d2 zumindest 5% (oder 10%) des durchschnittlichen Durchmesser d1 der abrasiven Funktionspartikel entspricht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist zumindest 60% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags mit einer Monolage der abrasiven Funktionspartikel auf dem Oberflächenbereich des Trägers bedeckt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Oberflächenbereich des Trägers profiliert und weist Noppen, eine Pyramidenform, eine Pyramidenstumpfform, eine Kegelform, eine Kegelstumpfform, Rillenstruktur, Schneckenstruktur (=Spiralstruktur) oder im Querschnitt eine Wellenform auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Trägermaterial einen offenporigen Oberflächenbereich mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 auf, wobei die Funktionspartikel einen durchschnittlichen Durchmesser d1 mit d1 ≤ ½ d3 aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Trägermaterial Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC, PUR, Papier, Latex, PE, PA, PET, PC, SBR, PTHF, Carbonat, ein Schaumstoffmaterial, ein Folienmaterial und/oder ein Borstenmaterial einer Bürste auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt sind die abrasiven Funktionspartikel als Hartpartikel ausgebildet und weisen Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien (Apatit), Naturstoffe (Hülsenschalen) oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das thermoplastische Bindemittel PE, PA, PC, ABS, PVC, PET, PEEK, PTFE, PUR, PMMA oder PTHF auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist das beschichtete abrasive Werkzeug als ein Schleifwerkzeug, ein Polierwerkzeug, ein Reinigungskörper oder eine Bürste ausgebildet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die abrasive Wirkung des abrasiven Werkzeugs über die Verteilungsdichte der Funktionspartikel auf dem Oberflächenbereich des Trägers eingestellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das beschichtete abrasive Werkzeug ein zusätzliches Oberflächenabdeckungsmaterial auf den vorhandenen abrasiven Oberflächenbelag auf, wobei das Oberflächenabdeckungsmaterial eine Eigenschaft als Trockenschmierstoff aufweist.
  • Gemäß einem Aspekt weist ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten, abrasiven Werkzeugs folgende Schritte auf: Zuführen eines Pulvergemischs zu einer thermischen [DIN EN657] oder niederthermischen Spritzvorrichtung, die auf einen Oberflächenbereich eines zu beschichtenden Trägers gerichtet ist, wobei das Pulvergemisch abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel aufweist, wobei das Pulvergemisch die Funktionspartikel und das thermoplastische Bindematerial als getrennte Pulverteilchen aufweist, oder wobei das Pulvergemisch die mit dem thermoplastischen Bindemittel zumindest teilweise oder vollständig ummantelten Funktionspartikel aufweist, und wobei in der thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung eine Verringerung der Viskosität des Bindemittels bewirkt wird, und Aufbringen der Funktionspartikel mit dem eine verringerte Viskosität aufweisenden Bindemittel auf einen Oberflächenbereich des Trägers, wobei sich das thermoplastische Bindemittel beim Aufbringen auf den Oberflächenbereich des Trägers wieder verfestigt und der abrasive Oberflächenbelag auf dem Träger des abrasiven Werkzeugs mit den Funktionspartikeln und dem thermoplastischen Bindemittel gebildet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird bei dem Aufbringen der abrasiven Funktionspartikel auf den Oberflächenbereich des Trägers ferner eine teilweise Einbettung zumindest eines Teils der abrasiven Funktionspartikel in einer Einbettungstiefe d2 des Trägermaterials des Trägers bewirkt, wobei die Einbettungstiefe d2 zumindest 5% eines durchschnittlichen Durchmessers d1 der abrasiven Funktionspartikel entspricht, mit d2 ≥ 0,05 d1.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Einstellen der Verteilungsdichte der Funktionspartikel auf der Oberfläche über den Anteil der abrasiven Funktionspartikel in dem Gemisch aus thermoplastischem Bindemittel und Funktionspartikel, der der Spritzvorrichtung zugeführt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Einstellen der Pulverfördermenge und des Vorschubs über der Trägeroberfläche, so dass beim Aufbringen der abrasiven Funktionspartikel und des thermoplastischen Bindemittels zumindest 60% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags als eine Monolage der abrasiven Funktionspartikel auf dem Oberflächenbereich des Trägers ausgebildet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist der Träger einen offenporigen Oberflächenbereich mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 auf, wobei die Funktionspartikel einen durchschnittlichen Durchmesser d1 mit d1 ≤ ¼ d3 aufweisen, um eine haftfeste Verbindung des abrasiven Oberflächenbelags, der der Topographie des offenporigen Oberflächenbereichs konturnah folgt, an der offenporigen Trägeroberfläche zu bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Trägermaterial Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC, PUR, Papier, Latex, PE, PA, PET, PC, SBR, PTHF, Carbonat, ein Schaumstoffmaterial, ein Borstenmaterial einer Bürste und/oder ein Folienmaterial auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt sind die abrasiven Funktionspartikel als Hartpartikel ausgebildet und weisen Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien (Apatit), Naturstoffe (Hülsenschalen) oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm auf, und das thermoplastische Bindemittel weist PE, PA, PC, ABS, PVC, PET, PEEK, PTFE, PUR, PMMA oder PTHF auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner folgenden Schritt auf: Aufbringen eines zusätzlichen Materials als Oberflächenabdeckungsmaterial auf den vorhandenen abrasiven Oberflächenbelag, wobei das Zusatzmaterial simultan mit dem thermoplastischen Bindemittel oder nachträglich zu dem thermoplastischen Bindemittel auf den mit den abrasiven Funktionspartikeln versehenen Oberflächenbereich des Trägers aufgebracht wird.
  • Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.
  • In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die spezifischen dort gezeigten und dargestellten Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Dieser Anmeldungstext soll alle Adaptionen und Variationen der hierin beschriebenen und erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist der vorliegende Anmeldungsgegenstand lediglich durch den Wortlaut der Ansprüche und den äquivalenten Ausführungsformen derselben begrenzt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 53577 [0068]
    • ISO 3386 von 20 - 60 [0068]

Claims (19)

  1. Beschichtetes abrasives Werkzeug (10), mit folgenden Merkmalen: einem Träger (12), der ein Trägermaterial aufweist, und einem abrasiven Oberflächenbelag (14) an einem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12), wobei der abrasive Oberflächenbelag (14) abrasive Funktionspartikel (16) und ein thermoplastisches Bindemittel (18) für eine haftfeste Verbindung zwischen zumindest einem Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) und dem Trägermaterial aufweist, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) an dem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) zumindest teilweise in das Trägermaterial eingebettet und mit dem Trägermaterial verbunden ist, und wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) an dem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) ferner in das thermoplastische Bindemittel (18) eingebettet ist, wobei das thermoplastische Bindemittel (18) mit den abrasiven Funktionspartikeln (16) und dem Trägermaterial verbunden ist.
  2. Das beschichtete abrasive Werkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die abrasiven Funktionspartikel (16) einen durchschnittlichen Durchmesser d1 aufweisen, wobei zumindest ein Teil der abrasiven Funktionspartikel (16) des abrasiven Oberflächenbelags (14) in einer Einbettungstiefe d2 des Trägermaterials eingebettet sind, wobei die Einbettungstiefe d2 zumindest 5% des durchschnittlichen Durchmesser d1 der abrasiven Funktionspartikel (16) entspricht.
  3. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest 60% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags (14) mit einer Mono-Lage der abrasiven Funktionspartikel (16) auf dem Oberflächenbereich des Trägers (12) bedeckt ist.
  4. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) profiliert ist und Noppen, eine Pyramidenform, eine Pyramidenstumpfform, eine Kegelform, eine Kegelstumpfform, Rillenstruktur, Spiralstruktur oder im Querschnitt eine Wellenform aufweist.
  5. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägermaterial einen offenporigen Oberflächenbereich mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 aufweist, wobei die Funktionspartikel (16) einen durchschnittlichen Durchmesser d1 mit d1 ≤ ¼ d3 aufweisen.
  6. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägermaterial Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC, PUR, Papier, Latex, PE, PA, PET, PC, SBR, PTHF, Carbonat, ein Schaumstoffmaterial, ein Borstenmaterial einer Bürste und/oder ein Folienmaterial aufweist.
  7. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abrasiven Funktionspartikel (16) als Hartpartikel ausgebildet sind und Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien, , Naturstoffe oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm aufweisen.
  8. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Bindemittel (18) PE, PA, PC, ABS, PVC, PET, PEEK, PTFE, PUR, PMMA oder PTHF aufweist.
  9. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das beschichtete abrasive Werkzeug (10) als ein Schleifwerkzeug, eine Polierwerkzeug, ein Reinigungskörper oder eine Bürste ausgebildet ist.
  10. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abrasive Wirkung des abrasiven Werkzeug (10) über die Verteilungsdichte und/oder Größe der abrasiven Funktionspartikel (16) auf dem Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) eingestellt ist.
  11. Das beschichtete abrasive Werkzeug (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgendem Merkmal: einem zusätzlichem Oberflächenabdeckungsmaterial (18') auf den vorhandenen abrasiven Oberflächenbelag (14), wobei das zusätzliche Oberflächenabdeckungsmaterial (18') eine Eigenschaft als Trockenschmierstoff aufweist.
  12. Verfahren (300) zur Herstellung eines beschichteten, abrasiven Werkzeugs (10), mit folgenden Schritten: Zuführen (310) eines Pulvergemischs zu einer thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung, die auf einen Oberflächenbereich eines zu beschichtenden Trägers gerichtet ist, wobei das Pulvergemisch abrasive Funktionspartikel und ein thermoplastisches Bindemittel aufweist, wobei das Pulvergemisch die Funktionspartikel und das thermoplastische Bindematerial als getrennte Pulverteilchen aufweist, oder wobei das Pulvergemisch die mit dem thermoplastischen Bindemittel zumindest teilweise oder vollständig ummantelten Funktionspartikel aufweist, und wobei in der thermischen oder niederthermischen Spritzvorrichtung eine Verringerung der Viskosität des Bindemittels bewirkt wird, und Aufbringen (320) der Funktionspartikel mit dem eine verringerte Viskosität aufweisenden Bindemittel auf einen Oberflächenbereich des Trägers, wobei sich das thermoplastische Bindemittel beim Aufbringen auf den Oberflächenbereich des Trägers wieder verfestigt und der abrasive Oberflächenbelag auf dem Träger des abrasiven Werkzeugs mit den Funktionspartikeln und dem thermoplastischen Bindemittel gebildet wird.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei bei dem Aufbringen der abrasiven Funktionspartikel auf den Oberflächenbereich des Trägers ferner eine teilweise Einbettung zumindest eines Teils der abrasiven Funktionspartikel in einer Einbettungstiefe d2 des Trägermaterials des Trägers bewirkt wird, wobei die Einbettungstiefe d2 zumindest 5% eines durchschnittlichen Durchmessers d1 der abrasiven Funktionspartikel entspricht, mit d2 ≥ 0,05 d1.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, ferner mit folgendem Schritt: Einstellen (330) der Verteilungsdichte der Funktionspartikel auf der Oberfläche über den Anteil der abrasiven Funktionspartikel in dem Gemisch aus thermoplastischem Bindemittel und Funktionspartikel, der der Spritzvorrichtung zugeführt wird.
  15. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner mit folgendem Schritt: Einstellen (340) der Pulverfördermenge und des Vorschubs über der Trägeroberfläche, so dass beim Aufbringen der abrasiven Funktionspartikel und des thermoplastischen Bindemittels zumindest 60% der Fläche des abrasiven Oberflächenbelags als eine Mono-Lage der abrasiven Funktionspartikel auf dem Oberflächenbereich des Trägers ausgebildet wird.
  16. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Träger einen offenporigen Oberflächenbereich mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser d3 aufweist, wobei die Funktionspartikel einen durchschnittlichen Durchmesser d1 mit d1 ≤ ½ d3 aufweisen, um eine haftfeste Verbindung des abrasiven Oberflächenbelags, der der Topographie des offenporigen Oberflächenbereichs konturnah folgt, an der offenporigen Trägeroberfläche zu bewirken.
  17. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Trägermaterial Kork, Textil, Gummi, Kautschuk, Elastomer, PVC, PUR, Papier, Latex, PE, PA, PET, PC, SBR, PTHF, Carbonat, ein Schaumstoffmaterial, ein Borstenmaterial einer Bürste und/oder ein Folienmaterial aufweist.
  18. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die abrasiven Funktionspartikel als Hartpartikel ausgebildet sind und Korund, Zirkonkorund, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas, Mineralien, Naturstoffe oder Diamant mit einer Partikelgröße zwischen 100 nm und 2 mm aufweisen, und wobei das thermoplastische Bindemittel PE, PA, PC, ABS, PVC, PET, PEEK, PTFE, PUR, PMMA oder PTHF aufweist.
  19. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner mit folgendem Schritt: Aufbringen eines zusätzlichen Materials (18') als Oberflächenabdeckungsmaterial auf den vorhandenen abrasiven Oberflächenbelag (14), wobei das Zusatzmaterial simultan mit dem thermoplastischen Bindemittel (18) oder nachträglich zu dem thermoplastischen Bindemittel (18) auf den mit den abrasiven Funktionspartikeln (16) versehenen Oberflächenbereich (12-A) des Trägers (12) aufgebracht wird.
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