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Schleifkörper
Die Erfindung betrifft einen Schleifkörper, bestehend aus einer Vielzahl von durch ein Bindemittel zusammengehaltenen Körpern aus Schleifmaterial, der an seiner Oberfläche eine die freiliegenden Teile des Körpers und des Bindemittels bedeckende, anhaftende Metallschicht aufweist und gegebenenfalls ein Trägermaterial enthält.
Schleifkörper dieser Art werden hergestellt, indem eine grosse Zahl von verhältnismässig kleinen
Körnern eines festen Schleifmaterials mit einer Unterlage, wie Papier, Fasern, Gewebe oder Blech, verbunden werden oder in einer zusammenhängenden Masse, beispielsweise als Schleifscheibe. Schleif- stein oder Schneidscheibe, geformt werden. Sie werden in ausserordentlich grossem Umfang in der Indu- strie und auch im Haushalt verwendet.
Derartige Schleifkörper besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen. So ist bei allen die Schleifge- schwindigkeit durch einen Maximalwert begrenzt. Wenn diese Maximalgeschwindigkeit, die von dem speziell verwendeten Schleifkörper und von dem zu schleifenden oder zu schmirgelnden Material abhängt, überschritten wird, führt die dann auftretende Überhitzung schnell zu einer übermässigen Abnut- zung oder sogar Zerstörung des Schleifkörpers.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Beständigkeit von Schleifkörpern zu verbessern, die maximale Schleifgeschwindigkeit für einen gegebenen Schleifkörper zu erhöhen, die Grösse der beim Schleifen entstehenden Reibungswärme zu verringern und die Beeinträchtigung der Oberfläche der Werkstücks durch Schleifstaub herabzusetzen.
Wie z. B. der USA-Patentschrift Nr. 2,729, 039 zu entnehmen ist, ist es bekannt, Schleifkörper mit einer Metallschichte zu überziehen. Der Sinn dieses Überzuges liegt darin, durch eine Schmierung die Reibung zwischen dem Schleifkörper und dem Werkstück zu vermindern, was u. a. ohne Zweifel auch eine Schonung des Schleifkörpers zur Folge haben dürfte. Um dies zu erreichen, werden Metalle bzw. Legierungen mit einem niedrigen Schmelzpunkt, vorzugsweise einem Schmelzpunkt unter 1000C, ver- wendet. Sobald die Reibungswärme den Schleifkörper eine Temperatur annehmen lässt, die im Bereich des Schmelzpunktes des metallischen Überzuges liegt, beginnt sich dieser zu verflüssigen und erfüllt die angeführte Funktion der Schmierung.
Nach der Erfindung soll die Schonung der Schleifscheibe dadurch erzielt werden, dass die einzelnen Schleifkörper in ihrer Lage besser gehaltert und Absplitterungen insbesondere von nicht direkt mit dem Werkstück in Berührung kommenden Flanken der Schleifmaterialkörper unbedingt vermieden werden, wodurch die Beständigkeit der Schleifscheibe wesentlich erhöht wird. Dies ist mit Hilfe einer das Schleifmaterial überdeckenden Metallschichte dann möglich, wenn erfindungsgemäss die anhaftende Metallschichte aus einem Metallblattpigment eines über 6500 C schmelzenden Metalls oder einer über 6500 C schmelzenden Legierung besteht.
Vorzugsweise stellt die anhaftende Metallschichte ein Blattpigment aus Aluminium, Kupfer, Legierungen von Kupfer und Zink, Aluminium und Beryllium, ferner Nickel, Nickellegierungen, Gold, Silber, Platin-Metalle, rostfreier Stahl oder Gemische davon dar und besitzt eine Dicke von etwa 1/2 bis etwa 1/200 des Durchmessers der Körner. Vorzugsweise besteht weiters der Schleifkörper aus einem Träger mit einer Schleifkörnerschichte oder aus einer Masse zusammenhaftender Schleifkörper und ist als Schleifstein oder Schleifscheibe ausgebildet.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Schleifkörper mit einem Schleifmittel-Überzug, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schleifkörper nach Fig. l nach Benut- zung, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Schleifkörpers mit zusammenhängenden Schleifkörnern, beispielsweise eine Schleifscheibe, nach Benutzung und Fig. 4 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schleifkörpers mit Schleifmittel-Überzug und Trägerschichte.
Die Schleifteilchen 10 und 30 in den Fig. l, 2. und 3 können aus Flintstein, Granatstein, Aluminiumoxyd, Siliziumkarbid, zerkleinertem Glas, zerstückeltem Quarz od. dgl. bestehen. Für Sandpapier kann der verhältnismässig billige Flintstein und Granatstein verwendet werden, während für Schleifscheiben, bessere Arten von Schmirgeltuch u. dgl. Aluminiumoxyd, Wolframkarbid und Siliziumkarbid verwendet werden können. Es können auch zerkleinerte Diamanten oder Borkarbid verwendet werden.
Die Erfindung ist anwendbar auf alle Schleifmittel, auch die vorstehend nicht genannten. Die Form der Schleifteilchen ist fast immer im wesentlichen isodimensional, d. h. die Schleifteilchen sind weder Flocken noch Fasern, sondern bei jedem einzelnen Teilchen sind die Abmessungen in allen drei Koordinaten etwa in der gleichen Grössenordnung, auch wenn einige der Teilchen etwas länglich sein sollten.
Die Grösse der Teilchen schwankt beträchtlich in Abhängigkeit von dem gewünschten Schleifkörper und von der beabsichtigten Betriebsweise. Im allgemeinen sind die Grössen der Schleifteilchen im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 0,05 mm und kleiner. Die Erfindung ist jedoch von der Grösse der Teilchen unabhängig.
Damit die Schleifteilchen die zu schleifenden oder sonstwie zu behandelnden Gegenstände bearbeiten können, ist es notwendig, sie an Ort und Stelle festzuhalten. Hiezu verwendet man ein Bindemittel, hauptsächlich Leim und Stärkekleister, aber auch andere organische Klebstoffe, wie lackartige Träger, Schellack, Alkydharze, verschiedene Phenolharze, Polyester-Klebstoffe, natürliche und synthetische Gummiklebstoffe sowie verschiedene andere Kunststoffe, ausserdem auch anorganische Bindemittel, wie Natriumsilikat, andere Silikate, keramische Körper u. dgl. In einigen Fällen können die Schleifteilchen dadurch zum Zusammenhaften gebracht werden, dass bei ansteigender Temperatur die Masse der Teilchen bis zum Sintern zusammengepresst wird.
In diesem Fall erzeugen die Schleifteilchen ihre eigene Bindung ; demzufolge soll der hier verwendete Ausdruck "Bindemittel" auch das Schleifmaterial selbst einschliessen, wenn es in dieser Weise wirksam ist. Die härtesten Schleifmaterialien jedoch haben einen sehr hohen Schmelzpunkt, so dass es üblicher ist, ein Bindemittelzuverwenden, statt die Schleifteilchen unmittelbar aneinander -haften zu lassen. Wo ein Blech als Träger für die Schleifkörner verwendet wird, können diese natürlich durch irgendeines der bereits erwähnten Haftmittel befestigt werden ; sie können auch mit Hilfe eines andern Matalls oder einer metallischen Legierung
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Es kann eine Vielzahl von Metallen verwendet werden. Geeignete Metalle sind Aluminium, Aluminiumlegierungen-insbesondere mit Beryllium-, Kupfer, eine Vielzahl von Kupferlegierungen - einschliesslich Kupfer-Zink-, Kupfer-Blei- und Kupfer-Zink-Blei-Legierungen, also auch verschiedene Messinge und Bronzen-, Berylliumkupfer, rostfreier Stahl, Nickel, Nickellegierungen, Gold, Silber, Platinmetalle u. dgl. Leicht schmelzbare Metalle sind nicht erwünscht.
Der Metallblattüberzug hat die Bezugszeichen 15 und 16 in Fig. 1 und 2, 31 in Fig. 3 und 41 in Fig. 4.
Das Metallblattpigment wird derart aufgetragen, dass es an ddn Schleifteilchen anhaftet. Im allgemeinen können die üblichen Zusammensetzungen eines Aluminiumlacks oder eines Bronzeflockenlacks od. ähnl. Überzüge benutzt werden. Das Metallb1attpigment kann mit sogenannten Schl1chteüberzügen kombiniert werden, d. h. denjenigen Klebstoffüberzügen, die nach dem Einbetten der Schleifkömer in die Grundschichte aufgetragen werden, oder das Metallblattpigment kann als getrennte Schichte nach dem Schlichteüberzug oder den Schlichteüberzügen aufgebracht werden oder sogar den Schlichteüberzug oder die Schlichteüberzüge ersetzen.
Es können sämtliche Metalle als Metallblattpigmente benutzt werden, die für Oberflächenüberzüge bekannt sind. Blattpigmente aus Aluminium und verschiedenen Messingen, die in dieser Technik als "Bronzen" bezeichnet werden, rostfreiem Stahl und Nickel sind geeignet. Solche Metallblattpigmente werden gewöhnlich durch ein Zerkleinern des Metalls hergestellt, wobei eine Behandlung in der Kugelmühle anschliesst, um die einzelnen Metallteilchen in Flocken- oder Blattform zu bringen. Sie können auch durch Pressen erzeugt werden. Einige fettige organische Materialien, wie Stearinsäure oder Talg, werden gewöhnlich benutzt, um das Mahlen in der Kugelmühle zu unterstützen und das Aufschwemmen beim Mixen mit dem Träger zu verbessern.
Von den im Handel verfügbaren Metallblattpigmenten bestehen die Aluminium-und Kupferblattpigmente im allgemeinen aus reinem Aluminium und reinem Kupfer. Blattpigmente aus rostfreiem Stahl bestehen im allgemeinen aus einer 18-8 Chrom-Nickel-Legierung. Die Kupfer-Zink-Legierungen enthalten 10-351o Zink, während die Kupfer-Zink-Aluminium-Legierungen bis zu 150/0 sowohl an Zink als auch an Aluminium zusätzlich zum Kupfer enthalten.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines einzelnen Metalls oder einer einzelnen Legierung beschränkt ; gerade Gemische hievon sind sehr geeignet. Beispielsweise können die folgenden Gemische verwendet werden, wobei die Ziffern die Gewichtanteile in den verschiedenen Gemischen angeben :
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<tb>
<tb> Metall <SEP> des <SEP> Blattpigments <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP> G <SEP> H <SEP> I <SEP>
<tb> Aluminium <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> - <SEP>
<tb> Kupfer <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 1 <SEP>
<tb> Kupfer-Zink--l--l-lKupfer-Zink-Aluminium--l---l
<tb> Rostfreier <SEP> Stahl <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Nickel--------l
<tb>
Die Dicke der einzelnen Flocken solcher Pigmente ist ausserordentlich gering, im allgemeinen kleiner als l, 25 u. Die ändern Abmessungen sind grösser, u. zw. innerhalb eines beträchtlichen Bereichs der Teilchengrössen ; aber alle Dimensionen sind wesentlich kleiner als diejenigen der zu überziehenden Schleifkörner.
Für Schleifkörner mit sehr kleiner Teilchengrösse verwendet man vorzugsweise ein feines Metallblattpigment. Auf diese Weise passt sich der Metallblattpigmentüberzug der Oberfläche der Schleifkörner oder-teilchen an und bildet einen dünnen Überzug. Diese anhaftende Schichte, die die Metallblattpigmentteilchen enthält, sollte eine Dicke von 1/2 bis 1/200 des durchschnittlichen Durchmessers der Schleifteilchen haben. Im allgemeinen besitzt diese Schichte eine Vielzahl von sich überlappenden Metallflocken, so dass die Dicke der Schichte selbst ein Vielfaches der Dicke der einzelnen Flocken beträgt. Der Überzug kann durch Aufbürsten, Aufsprühen, Untertauchen, Aufrollen usw. aufgetragen werden.
Ausgedehnte Versuche haben die überraschenden Vorteile erwiesen, die infolge des Metallblattpigmentüberzuges gemäss der Erfindung entstehen. Die einzelnen Schleifkörner nutzen sich langsamer, sauberer und nur an ihren äussersten Vorsprüngen ab, d. h. denjenigen Abschnitten der Körner, die mit
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dem Werkstück in Berührung stehen. Der Metallblattpigmentüberzug nutzt sich nicht in einem merkli- chen Masse unterhalb der Höhe der wirksamen Schleifarbeitsfläche ab. Diese Situation ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, wo sich als Ergebnis eines Schleifarbeitsganges mit Hilfe des dargestellten Schleifkörpers abgeschnittene Kuppen an den Schleifteilchen zeigen.
Der Mechanismus der Abnutzung der Schleifkörner ist nicht vollständig bekannt, es wird jedoch angenommen, dass er aus einer Reihe von mikroskopischen Absplitterungen besteht. Es ist möglich, dass die längere Lebensdauer des Schleifmaterials gemäss der Erfindung teilweise darauf beruht, dass diese Absplitterung von der Metallblattpigmentschichte insofern kontrolliert wird, dass ein grobes Absplittern verhindert wird, weil die Seiten des Schleifkorns unterhalb der Arbeitsfläche geschützt sind.
Ferner scheint ein Teil der Metallblattpigmentschichte auf die abgeschnittene Kuppe der teilweise abgeschliffenen Schleifkörner zu wandern und dort als ein festes Schmiermittel zu wirken.
Sodann wird angenommen, dass die Metallblattpigmentschichte als Wärmeleiter wirkt und die Temperatur an den Schneidkanten der Körner bei der Benutzung herabsetzt. Weil die Schichte dünn ist, sind die zu überbrückenden Abstände klein.
Weiterhin hat die Metallblattpigmentschichte die Neigung, ein hohen Beanspruchungen gewachsenes festes Schmiermittel für die Seiten und auch die Schneidkanten der Teilchen zu bilden, wodurch ein Mitreissen der Schleifteilchen verhindert wird. In diesem Zusammenhang stellt sich auch eine Orientierung der Flocken parallel zu der benachbarten Oberfläche des Schleifteilchens ein. Bei Benutzung wird die Metallblattpigmentschichte auch derart geglättet oder poliert, dass der Reibungskoeffizient gegenüber dem Werkstück und gegenüber dem Schleifstaub in den Zwischenräumen zwischen den Schleifkörnern noch mehr herabgesetzt wird. Ein verblüffender Effekt der Erfindung ist die grosse Verminderung der Schleifstaubansammlungen in dem Schleifkörper.
Die Wirksamkeit der Metallblattpigmente scheint in dieser Hinsicht einzigartig zu sein. So zeigen sich wesentlich schlechtere Ergebnisse, wenn der Überzug über die Schleifteilchen Mineralpigmente enthält, wie Blei-, Zink- und Titanoxyde und -silikate, Zink- und Bariumsulfate und-karbonate, sowie Kalziumkarbonate und -silikate, ohne Zweifel deshalb, weil Mineralfarbpigmente dieser Art weder die Eigenschaft eines Feststoffschmiermittels noch die guten Wärmeeigenschaften aufweisen.
Es ist oftmals vorteilhaft, einen Metallblattpigmentüberzug auf die Rückseite des Trägers in gleicher Weise wie auf die Vorderseite, die die Schleifkörner trägt, aufzubringen, wie es im Schnitt in Fig. 4 gezeigt ist, in der eine anhaftende Metallblattpigmentschichte 40 auf der Rückseite eines Körpers mit Schleifmittelschichte aufgetragen ist.
Beispiel 1 ; Eine Schleifscheibe mit 20 cm Durchmesser und 2, 5 cm Dicke aus AluminiumSchleifkörnern mit der Teilchengrösse zwischen 0,5 und 0,2 mm wurde in ein Gemisch aus 1 kg Alu-
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wirkung abgeschleudert, wonach die verbleibende Schichte trocknete. Schleifversuche an einer Viel- zahl von weichen, mittleren und harten Stählen unter Verwendung einer unbehandelten, im übrigen aber gleichen Schleifscheibe als Kontrolle zeigten die verschiedenen, aus der Anwendung der Metallblattpigmentschichte kommenden Vorteile, nämlich eine wesentlich verminderte Abnutzungsgeschwindigkeit, eine verbesserte Schleifwirkung einschliesslich einer besseren Oberflächenglätte der behandelten Stähle und den fast vollständigen Fortfall einer Ansammlung von Schleifstaub in den Poren der Schleifscheibe.
Beispiel 2 : Papierblätter von der Grösse 22 x 30 cm, die mit Aluminiumoxyd-Schleifteilchen überzogen waren, von denen einige eine durchschnittliche Teilchengrösse von 0,5 mm und andere eine Teilchengrösse von 0,2 mm hatten, wurden im Rollarbeitsgang mit einem Gemisch aus Kupfer-ZinkBronze-Metallblattpigment und einem Träger überzogen, wobei 1, 5 kg Bronzepigment in 4 l Luftlack vom Phenolharztyp und 11 Terpentin kamen. Nach dem Trocknen wurde ein Blatt jeder Teilchengrösse in drei gleich grosse Streifen von 10 x 24 cm geschnitten und in einer Vibrationsschleifmaschine verwendet, während aus zwei andern Scheiben unterschiedlicher Teilchengrösse je zwei 12,5 cm-Scheiben geschnitten wurden, um in einer tragbaren Sandpapier-Schleifmaschine mit dem üblichen elastischen Stützpolster verwendet zu werden.
Alle Muster wurden zum Schleifen verschiedener Teile benutzt, nämlich Hölzern aus Bergahorn, weisser Eiche und gelber Fichte sowie Lötmetallfüllungen an der Reparaturstelle eines Kraftwagen-Schutzblechs sowie benachbarter Teile des Schutzbleches selbst. In allen Fällen war die Schleifwirkung besser als bei ähnlichen Streifen und Scheiben, die nicht mit dem Überzug versehen waren. Die übliche Neigung bei Schleifkörpern dieser Art, den Raum zwischen den Schleif-
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teilchen mit abgeschliffenem Material zu füllen, wurde wesentlich vermindert, eine schnellere und sauberere Schleifwirkung erzielt, der Abnutzungswiderstand verbessert und die Betriebsfähigkeit der behandelten Schleifstreifen und -scheiben verlängert.
Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung ganz allgemein auf Teilchen eines Schleifmittels anwendbar, die in fester Lage zueinander gehalten werden, beispielsweise durch Bindung an einen Gewebe-, Papier- oder Metallträger oder durch gegenseitige Bindung, wie in einer Schleifscheibe. Dies unterscheidet sich deutlich von einer Aufschlämmung pulverisierten Schleifmittels in einer Flüssigkeit, wie Wasser, wie es bei bestimmten Arten des Metallschleifens, beim Steinschneiden u. dgl. benutzt wird.
Dementsprechend soll der Ausdruck "Schleifkörper" in dieser Beschreibung alle Gegenstände umfassen, bei denen die Teilchen der Schleifkörner durch irgendwelche Mittel in fester Lage zueinander gehalten sind. Die Erfindung ist nicht anwendbar auf einen Schlamm frei beweglicher Schleifteilchen, die den Teil einer flüssigen Aufschlämmung bilden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schleifkörper, bestehend aus einer Vielzahl von durch ein Bindemittel zusammengehaltenen Körpern aus Schleifmaterial, der an seiner Oberfläche eine die freiliegenden Teile des Körpers und des Bindemittels bedeckende, anhaftende Metallschichte aufweist und gegebenenfalls ein Trägermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die anhaftende Metallschichte aus einem Metallblatt- pigment eines über 6500 C schmelzenden Metalls oder einer über 6500 C schmelzenden Legierung be- steht.