AT500593B1 - Walzenschleifverfahren - Google Patents

Description

tarssÄiies patemt AT500 593 B1 2009-08-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung ist eine Ausscheidungsanmeldung aus der US-Anmeldung No. 10/120,969 vom 11. April 2002.

[0002] Die Erfindung betrifft ein Walzenschleifverfahren und Schleifwerkzeuge zur Verwendung beim Walzenschleifen.

[0003] Walzenschleifen ist ein zylindrischer Schleifprozess, bei dem die Oberfläche einer Walzwerk-Walze mit einer Schleifscheibe aus gebundenem Schleifmittel geschliffen und geglättet wird. Eine Walzwerk-Walze ist eine große Metallrolle (z.B. mit einer Länge von 2,134 m (7 Fuß) und einem Durchmesser von 0,61 m (2 Fuß)), die typischerweise aus Schmiedestahl hergestellt und zur Verwendung bei der Oberflächenbearbeitung von Metallblechen ausgelegt ist. Beim Schleifen der Oberfläche einer Walzwerk-Walze muss die Schleifscheibe der Walze eine gleichmäßige, glatte Oberflächenbeschaffenheit verleihen. Jede Fehlerhaftigkeit, wie Schleifmuster, Vorschublinien, willkürliche Markierungen, Dellen und dgl., die sich während des Schleifprozesses auf der Walzenoberfläche bildet, wird nämlich auf die mit der Walze bearbeiteten Bleche übertragen.

[0004] Bei instabilen Schleifsystemen bewirken die Schleifbedingungen mit der Zeit eine Erhöhung der Schwingungsamplitude zwischen Schleifscheibe und Werkstück. Das führt zu aufeinander folgenden Wellenbewegungen, die sich entlang der Oberfläche sowohl der Schleifscheibe als auch des Werkstücks entwickeln und aufbauen. Dieser Prozess wird als regeneratives oder selbst erregtes Rattern bezeichnet und bestimmten auf das Schleifen zurückzuführenden Mängeln in der Oberfläche von Walzwerk-Walzen zugeschrieben („Rattermarken"). Betreiber von Walzenschleifverfahren wollen „ratterbeständige" Schleifscheiben, die in der Lage sind, bei fortschreitendem Schleifen und zunehmendem Scheibenverschleiß ihre runde Gestalt beizubehalten und den nachgiebigen Charakter zu bewahren. Es wurden Schleifvibrationsmodelle entwickelt (Insaki I., Grinding Chatter— Origin and Suppression, CIRP Proceedings, 2001), um die Beziehung zwischen Scheibeneigenschaften (wie der abnehmenden Kontaktsteifigkeit, erhöhten Dämpfung) und der Unterdrückung von selbst erregtem Rattern zu erklären.

[0005] In der Walzenschleifindustrie werden zur Minimierung von Walzenschäden während des Schleifens typischerweise schellackgebundene Schleifscheiben verwendet. Bei Schleifscheiben zum Schleifen von Walzen werden Schellackharzbindungen wegen ihres relativ geringen Elastizitätsmoduls bevorzugt (z.B. 1,3 GPa gegenüber 5-7 GPa bei Phenolharzbindungen). Von den bei der Herstellung von Schleifscheiben industriell verwendeten organischen Bindungen werden Phenolbindungen aufgrund von Festigkeit, Kosten, Verfügbarkeit und Fertigungsaspekten bevorzugt. Im Gegensatz dazu sind Schellackharze natürliche, von Insekten gewonnene Werkstoffe, relativ kostspielig, inkonsistent hinsichtlich Zusammensetzung und Qualität und weitaus schwieriger in der Verwendung zur Herstellung von Schleifscheiben. Unter den verschiedenen Typen von organisch gebundenen Schleifscheiben sind schellackgebundene Scheiben durch eine relativ geringe mechanische Festigkeit gekennzeichnet, die sich in einer relativ geringen „Berstgeschwindigkeit" (der Rotationsgeschwindigkeit, bei der die Schleifscheibe aufgrund der Zentrifugalkraft auseinander bricht) und einer kürzeren Lebensdauer äußert. Bei Walzenschleifverfahren beschränken sich Schellackscheiben auf niedrigere Scheibendrehgeschwindigkeiten (z.B. 20,32 bis 40,64 m/s (4000 bis 8000 sfpm)) und eine kürzere Lebensdauer. Der Betrieb mit Schellackscheiben ist mühsam und erfordert häufig Anpassungen der Scheibengeschwindigkeit, Zustellgeschwindigkeit und anderer Parameter zur Vermeidung von Rattern, wenn der Scheibendurchmesser aufgrund des Scheibenverschleißes und von Änderungen in der Schwingungsamplitude immer kleiner wird.

[0006] Als Alternative zu Schellackscheiben wurde in der US-A-5,104,424 die Verwendung einer Kombination von Siliziumkarbid und gesinterten Sol-Gel-Aluminiumoxid-Körnern in einer Scheibe mit hochelastischer Bindung zur Steuerung der Walzenoberflächengestalt während des Schleifens vorgeschlagen. Diese Werkzeugausgestaltung ist industriell nicht verwertbar.

[0007] Die US 5,178,644 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Schleif- 1 /23 äitesasches AT500 593B1 2009-08-15 scheiben mit einer Volumsporosität von 20 bis 55%, welches die Schrumpfung verringert oder verhindert. Das Verfahren umfasst das Mischen eines nicht abrasiven, nicht metallischen, inorganischen, festen Schwindungsregulators mit den abrasiven Körnern des Sintermatrixvorläufers und anderen Bestandteilen. Als bevorzugter Schwindungsregulator wird nicht-abrasives hexagonales Bornitrit angegeben, welches in Mengen zwischen 1 und 10 Vol.-% eingesetzt werden kann.

[0008] Aus der US 4,671,017 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen einer Walze eines Walzwerks bekannt geworden, bei welchem ein frei rotierbarer Schleifkörper in einem vorbestimmten Winkel relativ zur Walzenachse auf die Walzenoberfläche gedrückt wird. Die Walze wird rotierend angetrieben, sodass die Walzenoberfläche aufgrund des Schlupfes zwischen dem Schleifkörper und der Walze hinsichtlich der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten geschliffen wird.

[0009] Es besteht auf diesem Gebiet daher nach wie vor der Bedarf an besseren Schleifwerkzeugen und Schleifverfahren, die sich zur Fertigung und Wiederinstandsetzung von Walzwerk-Walzen mit qualitativ hochwertiger Oberflächenbeschaffenheit bei kostengünstigem Betrieb eignen.

[0010] Es wurde gefunden, dass einzigartige Schleifscheiben, die mit gängigen Schleifwerkzeugkomponenten wie Phenolharzbindungen und herkömmlichem Aluminiumoxidkorn, vorzugsweise agglomeriert mit ausgewählten Bindemitteln, hergestellt werden, zur Schaffung von Walzenschleifverfahren verwendet werden können, die effizienter sind als die besten bekannten industriellen Walzenschleifenverfahren.

[0011] Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen, umfassend die folgenden Schritte: [0012] a) Vorsehen einer ausgewählten Schleifscheibe; [0013] b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine; [0014] c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; [0015] d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; und [0016] e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze auf einen Oberflächenwert von 10 bis 50 Ra, während die Oberfläche im Wesentlichen frei von Zuführlinien, Rattermarken und Oberflächenunregelmäßigkeiten bleibt.

[0017] In einem alternativen Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen gemäß der Erfindung umfasst das Walzenschleifverfahren die folgenden Schritte: [0018] a) Vorsehen einer ausgewählten Schleifscheibe; [0019] b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine und Drehen der Scheibe; [0020] c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; [0021] d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; [0022] e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze; und [0023] f) Wiederholen der Schritte c) bis e); [0024] wobei die Scheibe im Wesentlichen frei von Rattern bleibt, während sie im Zuge der Schleifschritte verbraucht wird.

[0025] Die im erfindungsgemäßen Verfahren nützlichen ratterbeständigen Schleifscheiben können ausgewählt sein aus: 2/23

AT500 593 B1 2009-08-15 [0026] (a) Scheiben mit Schleifkorn, Phenolharzbindung, 36 bis 54 Vol.% Porosität, einer maximalen Dichte nach der Aushärtung von 2,0 g/cc und einer Berstgeschwindigkeit von mindestens 30,49 m/s (6000 sfpm); [0027] (b) Scheiben mit mindestens 20 Vol.% Schleifkornagglomeraten, organischer Harzbindung und 38 bis 54 Vol.% Porosität; und [0028] (c) Scheiben mit 22 bis 40 Vol.% Schleifkorn und 36 bis 54 Vol.% Porosität, gebunden in einer organischen Harzbindung, mit einem maximalen Elastizitätsmodul von 12 GPa und einer Mindestberstgeschwindigkeit von 30,49 m/s (6000 sfpm).

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen von Walzen ist ein zylindrischer Schleifprozess, der mit Hilfe von ausgewählten organisch gebundenen Schleifscheiben mit unüblichen Scheibenstrukturen und physikalischen Eigenschaften durchgeführt wird. Diese Scheiben ermöglichen eine raschere und viel effizientere Oberflächenbearbeitung von Walzwerk-Walzen, als mit den Walzenschleifverfahren des Standes der Technik unter Verwendung von herkömmlichen Schleifscheiben möglich war. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Walzenschleifen ohne messbare Scheibenschädigung durch Rattern während der Lebensdauer der ausgewählten Schleifscheiben.

[0030] Im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ausgewählte Schleifscheibe auf eine Spindel einer Schleifmaschine gespannt und vorzugsweise mit etwa 20,32 bis 48,26 m/s (4000 bis 9500 sfpm), noch bevorzugter 30,49 bis 43,18 m/s (6000-8500 sfpm), gedreht. Wird die ausgewählte Schleifscheibe anstelle von Scheiben des Standes der Technik (z.B. schellackgebundenen Scheiben) verwendet, gestattet dieses Verfahren den Betrieb mit höheren Scheibendrehgeschwindigkeiten ohne Rattern im Vergleich zu den Geschwindigkeiten, die zur Vermeidung von Rattern in Verfahren des Standes der Technik beibehalten wurden (z.B. 20,32 bis 35,56 m/s (4000 bis 7000 sfpm)). Das ratterbeständige Verfahren kann bei jeder für die speziell in Betrieb befindliche Walzenschleifmaschine spezifizierten Geschwindigkeit durchgeführt werden, vorausgesetzt die Geschwindigkeit übersteigt nicht die Sicherheitsbeschränkungen (d.h. die Scheibenberstgeschwindigkeitsgrenzen) der ausgewählten Scheibe.

[0031] Geeignete Walzenschleifmaschinen sind erhältlich bei Herkules, Meuselwitz, Deutschland, Waldrich Siegen, Burbach, Deutschland, und Pomini (Techint Company), Mailand, Italien, sowie bei verschiedenen anderen Anlagenbauern, die die Walzenschleifindustrie beliefern.

[0032] Nachdem die rotierende Scheibe in Kontakt mit einer rotierenden Walze gebracht worden ist (z.B. bei 0,102 bis 0,203 m/s (20 bis 40 sfpm)), wird die Scheibe nach und nach in Längsrichtung quer über die Oberfläche der rotierenden Walze bewegt, um von der Oberfläche derselben Material zu entfernen und so eine Walze mit feiner, glatter Oberflächenbeschaffenheit zu liefern. Die Vorschubbewegung über die Walze erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 2,54 bis 3,81 m/min (100 bis 150 Inch pro Minute). Bei einer typischen Walze mit 2,134 m (7 Fuß) Länge und 0,61 m (2 Fuß) Durchmesser dauert der Vorschubschritt 0,6 bis 1,0 Minuten. Während dieses Schritts befindet sich die Scheibe in Dauerkontakt mit der Walzenoberfläche, ein Zustand, der in der Vergangenheit bekanntermaßen zu regenerativen Scheibenvibrationen und Rattern führte. Trotz des ständigen Oberflächenkontakts wird die Amplitude der Scheibenvibration auf einen für die Lebensdauer der Scheibe erträglichen Grad gehalten, weshalb die Scheibe vom Beginn des Schleifens an bis zum Verbrauch der Scheibe durch die Schleifschritte im Wesentlichen ratterfrei bleibt.

[0033] Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss die Oberflächenbeschaffenheit der geschliffenen Walze frei von Wellen, Linien, Markierungen und sonstigen O-berflächenunregelmäßigkeiten sein. Sollten derartige Unregelmäßigen bestehen bleiben, werden diese nämlich von der Walzenoberfläche auf die Oberfläche der mit der defekten Walze gewalzten Bleche übertragen. Kann der Walzenschleifprozess nicht ausreichend kontrolliert werden, kommt es zu einem erheblichen Produktionsabfall. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche der Walze auf eine Oberflächenrauheit von etwa 10 bis 50 Ra, vorzugsweise etwa 18 bis 30 Ra, endbearbeitet. Wie hierin verwendet, stellt „Ra" eine Industrie- 3/23 tarssÄiies patemt AT500 593 B1 2009-08-15

Standardeinheit für die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit dar und bezeichnet die durchschnittliche Rautiefe, d.h. die durchschnittliche absolute Entfernung von der Mittellinie des Rauheitsprofils innerhalb der Auswertungslänge. Eine bevorzugte Schleifscheibe besitzt eine scharfe Kontur, mit der eine Oberflächenqualität erzeugt werden kann, die durch 63 bis 71 Spitzen (oder Ritzen) pro cm (160 bis 180 Spitzen (oder Ritzen) pro Inch) gekennzeichnet ist. Die Spitzenzahl („Pc", d.h. ein Industriestandard, der die Anzahl von Spitzen pro Inch angibt, die durch ein ausgewähltes, um die Mittellinie zentriertes Band ragen) stellt einen bedeutenden Parameter für die bei der Herstellung von Teilen für Kraftfahrzeugkarosserien zu streichenden Blechoberflächen dar. Eine Oberfläche mit zu wenigen Spitzen ist ebenso unerwünscht wie eine Oberfläche mit zu vielen Spitzen oder eine Oberfläche mit übermäßiger Rauheit.

[0034] Auch wenn das hierin beschriebene Walzenschleifverfahren anhand eines Kaltwalzvorgangs veranschaulicht ist, eignet sich die Erfindung gleichermaßen für die Endbearbeitung der Oberflächen von Walzwerk-Walzen, die beim Warmwalzen verwendet werden. Bei zum Kaltwalzen verwendeten Schleifwalzen umfasst die ausgewählte Schleifscheibe vorzugsweise 120 bis 46 Grit (142 bis 508 μνη) Schleifkorn, wohingegen Scheiben, die beim Schleifen von Walzen für Warmwalzverfahren verwendet werden, vorzugsweise gröbere Korngrößen, z.B. Schleifkorn mit 36 Grit (710 μιτι), aufweisen.

[0035] Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Walzenschleifverfahrens genannten Schleifscheiben aus gebundenem Schleifmittel zeichnen sich durch eine bisher unbekannte Kombination von Scheibenstruktur und physikalischen Eigenschaften aus. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Scheibenstruktur" auf die relativen Volumenprozent der in der Schleifscheibe enthaltenen Schleifkornmenge, Bindung (gegebenenfalls einschließlich Füllstoffen) und Porosität. Der Scheibenhärte„grad" bezieht sich auf den Buchstaben, mit dem das Scheibenverhalten in einem Schleifprozess bezeichnet wird. Bei einem gegebenen Bindungstyp ist dieser Grad eine Funktion der Scheibenporosität, des Korngehalts und bestimmter physikalischer Eigenschaften wie der Dichte nach dem Aushärten, des Elastizitätsmoduls und der Sandstrahlpenetration (wobei letztere eher auf keramisch gebundene Scheiben zutrifft). Der „Grad" der Scheibe besagt, wie verschleißfest die Scheibe beim Schleifen ist und wie stark die Scheibe schleifen kann, d.h. wie viel Energie bei Verwendung der Scheibe in einem bestimmten Schleifvorgang erforderlich ist. Die Buchstabenbezeichnung für den Grad der Scheibe wird entsprechend einer einschlägig bekannten Gradskala der Norton Company zugeordnet, wobei die weichsten Grade mit A und die härtesten Grade mit Z bezeichnet sind (siehe z.B. US-A-1,983,082, Howe et al.). Bei der Abstimmung von Scheibengraden kann der Fachmann normalerweise eine bekannte Scheibe durch neue Scheibenspezifikation ersetzen und Vorhersagen, dass die neue Scheibe ähnlich wie die bekannte Scheibe oder besser als diese funktionieren wird.

[0036] Ausgehend von der bekannten Leistung organisch gebundener Schleifscheiben, sind die Scheiben zur Durchführung des hierin beschriebenen Walzenschleifverfahrens durch einen niedrigeren Grad gekennzeichnet, d.h. weicher als bekannte Scheiben, die eine vergleichbare Leistungseffizienz erbringen. Bevorzugt werden Scheiben mit einem Norton-Grad von etwa B bis G auf einer Phenolharzbindungsskala. Die erfindungsgemäß nützlichen Scheiben weisen einen niedrigeren Elastizitätsmodul auf als bekannte Scheiben mit äquivalentem Porositätsvolumen, haben aber recht überraschend höhere G-Verhältniswerte (das G-Verhältnis ist das Verhältnis Materialentfernungsrate/Scheibenverschleißrate).

[0037] Schleifwerkzeuge aus gebundenem Schleifmittel können eine Dichte von weniger als 2,0 g/cc, vorzugsweise weniger als 1,8 g/cc, noch bevorzugter weniger als 1,6 g/cc, aufweisen.

[0038] Die bei der Erfindung nützlichen Schleifwerkzeuge aus gebundenem Schleifmittel sind Schleifscheiben mit etwa 22 bis 40 Vol.%, vorzugsweise 24 bis 38 Vol.%, am meisten bevorzugt 26 bis 36 Vol.%, Schleifkorn.

[0039] In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen organisch gebundene Schleifwerkzeuge etwa 8 bis 24 Vol.%, bevorzugter 10 bis 22 Vol.%, am meisten bevorzugt 12 bis 20 Vol.%, organische Bindung. Zusammen mit dem Schleifkorn und der Bindung weisen diese Werk- 4/23

AT500 593 B1 2009-08-15 zeuge etwa 36 bis 54 Vol.% Porosität, vorzugsweise 36 bis 50 Vol.% Porosität, am meisten bevorzugt 40 bis 50 Vol.% Porosität auf, wobei diese Porosität vorzugsweise mindesten 30 Vol.% durchgängige Porosität einschließt. Für eine beliebige Scheibe macht die Summe der Volumenprozente an Korn, Bindung und Porosität 100 % aus.

[0040] Die organisch gebundenen Schleifwerkzeuge weisen vorzugsweise 20 bis 38 Vol.% gesinterte Schleifkornagglomerate, 10 bis 26 Vol. organische Bindung und 38 bis 50 Vol.% Porosität auf. Mit anorganischen Bindemitteln (z.B. glasartigen oder keramischen Bindemitteln) hergestellte poröse Schleifkornagglomerate werden zur Verwendung bei diesen Schleifscheiben bevorzugt, weil sie die Herstellung einer offenen Scheibenstruktur mit durchgängiger Porosität gestatten. Trotz des mit diesen Kornagglomeraten erzielten Porositatsvolumens haben die Scheiben dieselbe hohe mechanische Festigkeit, dieselbe Scheibenverschleißfestigkeit und dieselben aggressiven Schleifleistungsmerkmale wie eine Schleifscheibe mit einer viel härteren Gradbezeichnung.

[0041] Die für die Erfindung nützlichen Scheiben haben einen Elastizitätsmodul von weniger als 12 GPa, vorzugsweise weniger als 10 GPa, am meisten bevorzugt weniger als 8 GPa. Neben anderen Merkmalen zeigt eine mit einer wirksamen Menge von Schleifkornagglomeraten (z.B. mindestens 30 Vol.% Schleifkorngehalt und mindestens 20 Vol.% des gesamten Scheibenvolumens nach der Aushärtung) hergestellte Scheibe einen geringeren Elastizitätsmodul als Standard-Walzenschleifscheiben. Zu Standardscheiben gehören jene mit denselben Porositätsgehalten, aber ohne Einsatz von Schleifkornagglomeraten. Die erfindungsgemäßen Werkzeuge aus gebundenem Schleifmittel haben eine ungewöhnlich poröse Struktur. In der Werkzeugstruktur ist der durchschnittliche Durchmesser der gesinterten Agglomerate kleiner oder gleich einer durchschnittlichen Porendimension der durchgängigen Porosität, wenn die durchgängige Porosität an einer Stelle maximaler Öffnung gemessen wird.

[0042] Die Menge an durchgehender Porosität kann durch Messung der Fluiddurchlässigkeit des Werkzeugs gemäß dem Verfahren der US-A-5,738,696 bestimmt werden. Wie hierin verwendet ist Q/P die Fluiddurchlässigkeit eines Schleifwerkzeugs, worin Q den Durchsatz, ausgedrückt als Kubikgehalt Luftstrom, und P den Differenzialdruck bedeuten. Der Ausdruck Q/P steht für die zwischen der Schleifwerkzeugstruktur und der Atmosphäre bei einem gegebenen Durchsatz eines Fluids (z.B. Luft) gemessene Druckdifferenz. Diese relative Durchlässigkeit Q/P ist proportional zum Produkt aus Porenvolumen und Quadrat der Porengröße. Größere Porendimensionen werden bevorzugt. Porengeometrie und Schleifkorngröße sind weitere Faktoren, die sich auf Q/P auswirken, wobei größere Körnungen eine höhere relative Permeabilität liefern.

[0043] Die bei der Erfindung nützlichen Schleifwerkzeuge zeichnen sich durch höhere Permeabilitätswerte aus als zum Schleifen von Walzwerk-Walzen verwendete Werkzeuge des Standes der Technik. Im Allgemeinen haben im erfindungsgemäßen Schleifverfahren verwendete Schleifwerkzeuge vorzugsweise Permeabilitätswerte, die mindestens etwa 30% höher sind als die Werte von zum Schleifen von Walzwerk-Walzen verwendeten Schleifwerkzeugen des Standes der Technik.

[0044] Genaue relative Permeabilitätsparameter für bestimmte Agglomeratgrößen und — formen, Bindungstypen und Porositätsgehalte können vom Fachmann durch Anwendung des D'Arcy-Gesetzes auf empirische Daten für eine bestimmte Art von Schleifwerkzeug ermittelt werden.

[0045] Die Porosität innerhalb der Schleifscheibe entsteht durch die offenen Zwischenräume aufgrund der natürlichen Packungsdichte der Werkzeugkomponenten, insbesondere der Schleifmittelagglomerate, und gegebenenfalls durch Zugabe von herkömmlichen Poren bildenden Medien. Geeignete Poren bildende Medien sind unter Anderem, aber nicht ausschließlich hohle Glaskugeln, hohle Kugeln oder Perlen aus Kunststoff oder organischen Verbindungen, geschäumte Glasteilchen, Blasenmullit und Blasenaluminiumoxid und Kombinationen davon. Die Werkzeuge können mit Mitteln zur Bildung von offenzeiliger Porosität wie Naphthalinperlen oder anderen organischen Granulaten hergestellt werden, die nach dem Formen des 5/23 tereÄhts patemt AT500 593 B1 2009-08-15

Werkzeugs entfernt werden können, um in der Werkzeugmatrix Hohlräume zurückzulassen, oder sie können mit geschlossenzelligen, hohlen Poren bildenden Medien (z.B. hohlen Glaskugeln) hergestellt werden. Bevorzugte erfindungsgemäße Schleifwerkzeuge enthalten entweder gar keine zugesetzten Poren bildenden Medien oder nur geringe Mengen von zugesetzten Poren bildenden Medien zur Lieferung eines Schleifwerkzeugs mit einem Porositätsgehalt von dem mindestens 30 Vol.% durchgängiger Porosität.

[0046] Die fertig gestellten Werkzeuge enthalten weiters gegebenenfalls Zusatzschleifkörner, Füllstoffe, Schleifhilfen und Poren bildende Medien sowie Kombinationen dieser Stoffe. Wird ein Schleifkorn in Kombination mit den Schleifmittelagglomeraten eingesetzt, dann machen die Agglomerate vorzugsweise etwa 30 bis etwa 100 Vol.% des gesamten Schleifkorns des Werkzeugs, noch bevorzugter etwa 40 bis etwa 70 Vol.% des gesamten Schleifkorns des Werkzeugs, aus. Bei Verwendung derartiger Zusatzschleifkörner machen diese Schleifkörner vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 70 Vol.% des gesamten Schleifkorns des Werkzeugs, noch bevorzugter etwa 30 bis etwa 60 Vol.%, aus. Geeignete nicht agglomerierte Zusatzschleifkörner sind unter Anderem, aber nicht ausschließlich verschiedene Aluminiumoxide, Sol-Gel-Aluminiumoxid, Sinterbauxit, Siliziumkarbid, Aluminium-oxid-Zirkondioxid, Aluminoxynitrid, Cerdioxid, Borsuboxid, kubisches Bornitrid, Diamant, Feuerstein und Granatkörner sowie Kombinationen davon.

[0047] Die erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuge sind vorzugsweise mittels einer organischen Bindung gebunden. Zur Verwendung hierein kommen sämtliche auf dem Gebiet der Schleifwerkzeugherstellung bekannte warm aushärtende organische Kunstharzbindungen in Frage. Phenolharzbindungen werden bevorzugt. Beispiele für geeignete Bindungen und Methoden zur Herstellung solcher Bindungen sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 6,251,149 B1, 6,015,338, 5,976,204, 5,827,337 und 3,323,885 zu finden. Die in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 10/060,982 sowie der US-PS Nr. 3,323,885 beschriebenen Bindungen und Herstellungsverfahren sind zur Verwendung hierin bevorzugt. Die organisch gebundenen Werkzeuge können nach verschiedenen Bearbeitungsmethoden und mit verschiedenen Anteilen von auf dem Gebiet bekannten Schleifkorn- oder Agglomerat-, Bindungs- und Porositätskomponenten gemischt, geformt und gehärtet oder gesintert werden.

[0048] Die Dichte und Härte der Schleifwerkzeuge werden durch die Wahl der Agglomerate, des Bindungstyps und anderer Werkzeugkomponenten, den Porositätsgehalt zusammen mit der Größe und Art der Form und das gewählte Pressverfahren bestimmt.

[0049] Schleifscheiben können durch jedes auf dem Gebiet bekannte Mittel, einschließlich Heiß-, Warm- und Kaltpresstechniken, geformt und gepresst werden. Acht gegeben werden muss bei der Wahl des Formungsdrucks zur Bildung der Rohscheiben, um zu vermeiden, dass eine übermäßig große Menge von Schleifkornagglomeraten (z.B. über 50 Gew.% der Agglomerate) zerdrückt wird, und um die dreidimensionale Struktur der Agglomerate zu erhalten. Der geeignete Maximaldruck, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Scheiben angewendet wird, hängt von der Gestalt, Größe, Dicke und Bindungskomponente der Schleifscheibe und von der Formungstemperatur ab. Die erfindungsgemäßen Agglomerate verfügen über eine ausreichende mechanische Festigkeit, um die in typischen industriellen Produktionsverfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen durchgeführten Formungs- und Pressschritte auszuhalten.

[0050] Die Schleifscheiben können mittels dem Fachmann bekannter Verfahren gehärtet werden. Die Härtungsbedingungen werden in erster Linie durch die tatsächlich verwendete(n) Bindung und Schleifmittel sowie durch die Art des im Schleifkornagglomerat enthaltenen Bindemittels bestimmt. Je nach der chemischen Zusammensetzung der gewählten Bindung kann eine organische Bindung bei 120 bis 250 °C, vorzugsweise 160 bis 185 °C, gehärtet werden, um die zum Schleifen von Metallen oder anderen Werkstoffen nötigen Eigenschaften vorzusehen.

[0051] Hierin nützliche Schleifkornagglomerate sind dreidimensionale Strukturen oder Granulate, einschließlich gesinterten porösen Verbundwerkstoffen aus Schleifkorn und Bindemittel. Die 6/23 patesat AT500 593B1 2009-08-15

Agglomerate haben eine lose gepackte Dichte (LPD) von < 1,6 g/cc, eine um etwa 2 bis 20 Mal größere Durchschnittsdimension als die durchschnittliche Körnungsgröße von Schleifmitteln und eine Porosität von etwa 30 bis 88 Vol.%. Die Schleifkornagglomerate weisen vorzugsweise eine Mindestbruchfestigkeit von 0,2 MPa auf.

[0052] Das Schleifkorn kann eines oder mehr der zur Verwendung in Schleifwerkzeugen bekannten Schleifkörner enthalten, wie Aluminiumoxidkörner, einschließlich geschmolzenes Aluminiumoxid, gesintertes und Sol-Gel-gesintertes Aluminiumoxid, Sinterbauxit und dgl., Siliziumkarbid, Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Aluminoxynitrid, Cerdioxid, Borsuboxid, Granat, Feuerstein, Diamant, einschließlich natürlicher und synthetischer Diamanten, kubisches Bornitrid (CBN) und Kombinationen davon. Es kann Schleifkorn in jeder Größe oder Gestalt verwendet werden. Das Korn kann beispielsweise längliche gesinterte Sol-Gel-Aluminium-oxidkörner mit einem hohen Seitenverhältnis wie in der US-PS Nr. 5,129,919 offenbart enthalten.

[0053] Zur vorliegenden Verwendung geeignete Korngrößen liegen im normalen Körnungsgrößenbereich für Schleifmittel (z.B. über 60 und bis zu 7.000 pm). Für ein bestimmtes Schleifverfahren kann es wünschenswert sein, ein Schleifkorn mit einer Körnung, die kleiner als eine normalerweise für dieses Schleifverfahren gewählte Schleifkorngröße (nicht agglomeriert) ist, zu agglomerieren. Beispielsweise kann ein agglomeriertes 80-Grit-Schleifmittel anstelle eines 54-Grit-Schleifmittels, ein agglomeriertes 100-Grit-Schleifmittel anstelle eines 60-Grit-Schleifmittels und ein agglomeriertes 120-Grit-Schleifmittel anstelle eines 80-Grit-Schleifmittels verwendet werden.

[0054] Die bevorzugte gesinterte Agglomeratgröße für typische Schleifkörner erstreckt sich in einem durchschnittlichen Durchmesserbereich von etwa 200 bis 3000, vorzugsweise 350 bis 2000, am meisten bevorzugt 425 bis 1000 pm.

[0055] Das Schleifkorn ist in einer Menge von etwa 10 bis 65 Vol.%, vorzugsweise 35 bis 55 Vol.%, am meisten bevorzugt 48 bis 52 Vol.%, des Agglomerats vorhanden.

[0056] Zur Herstellung der Agglomerate nützliche Bindemittel umfassen vorzugsweise glasartige und keramische Bindemittel, vorzugsweise der Art, wie sie als Bindungssysteme für keramisch gebundene Schleifwerkzeuge verwendet werden. Diese keramischen Bindungsmaterialien können aus vorgebranntem und zu Pulver gemahlenem Glas (Fritte) oder aus einer Mischung von verschiedenen Rohstoffen wie Ton, Feldspat, Kalkstein, Borax und Soda oder einer Kombination aus gebranntem und rohem Material bestehen. Derartige Materialien schmelzen und bilden eine flüssige Glasphase bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 500 bis 1400°C und benetzen die Oberfläche des Schleifkorns, damit bei der Abkühlung Bindungsstützen entstehen, die das Schleifkorn in einer Verbundstruktur festhalten. Beispiele für geeignete Bindemittel zur Verwendung in den Agglomeraten sind in der nachstehenden Tabelle 1-1 angeführt. Bevorzugte Bindemittel zeichnen sich durch eine Viskosität von etwa 345 bis 55.300 Poise bei 1180 °C und eine Schmelztemperatur von etwa 800 bis 1300 °C aus.

[0057] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bindemittel eine keramische Bindungszusammensetzung umfassend eine gebrannte Oxidzusammensetzung aus 71 Gew.% S1O2 und B203, 14 Gew.% Al203, weniger als 0,5 Gew.% Erdalkalioxiden und 13 Gew.% Alkalioxiden.

[0058] Das Bindemittel kann auch ein Keramikmaterial sein, wie unter Anderem, aber nicht ausschließlich Silika, Alkali, Erdalkali, gemischte Alkali- und Erdalkalisilikate, Aluminiumsilikate, Zirkonsilikate, hydrierte Silikate, Aluminate, Oxide, Nitride, Oxynitride, Karbide, Oxykarbide und Kombinationen sowie Derivate davon. Im Allgemeinen unterscheiden sich Keramikmaterialien von glasigen oder keramischen Materialien insofern, als die Keramikmaterialien kristalline Strukturen aufweisen. Zusammen mit den kristallinen Strukturen können einige Glasphasen vorhanden sein, insbesondere in Keramikmaterialien in unveredeltem Zustand. Keramikmaterialien im Rohzustand, wie Tone, Zemente und Mineralstoffe, können hierein verwendet werden. Beispiele für spezielle Keramikmaterialien, die sich zur Verwendung hierin eignen, umfassen unter Anderem, aber nicht ausschließlich Silika, Natriumsilikate, Mullit und andere Aluminosilikate, Zirkondioxid-Mullit, Magnesiumaluminat, Magnesiumsilikat, Zirkonsilikate, Feldspat und andere 7/23

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Alkali-aluminosilikate, Spinell, Calciumaluminat, Magnesiumaluminat und andere Alkalialumina-te, Zirkondioxid, Zirkondioxid stabilisiert mit Yttrium, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Titaniumoxid, oder andere Seltenerden-Additiva, Talk, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Bohemit, Boroxid, Ceroxid, Aluminiumoxidoxynitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Grafit und Kombinationen dieser Keramikmaterialien.

[0059] Das Bindemittel wird in Pulverform verwendet und kann einem flüssigen Träger zugesetzt werden, um eine gleichmäßige, homogene Mischung von Bindemittel und Schleifkorn während der Herstellung der Agglomerate zu gewährleisten.

[0060] Vorzugsweise wird eine Dispersion von organischen Bindern als Formungs- oder Verarbeitungshilfe zu den pulverförmigen Bindemittelkomponenten gegeben. Diese Binder können Dextrine, Stärke, tierischen Proteinkleber und andere Arten von Kleber; eine flüssige Komponente wie Wasser, Lösungsmittel, Viskositäts- oder pH-Modifikatoren; und Mischhilfen enthalten. Der Einsatz von organischen Bindern verbessert die Gleichmäßigkeit der Agglomerate, insbesondere die Gleichmäßigkeit der Bindemitteldispersion auf dem Korn, und die Strukturqualität der vorgebrannten oder ungesinterten Agglomerate sowie jene der die Agglomerate enthaltenden, gebrannten Schleifwerkzeuge. Da die Bindemittel während des Brennens der Agglomerate verbrennen, bilden sie keinen Bestandteil des fertigen Agglomerats bzw. des fertigen Schleifwerkzeugs.

[0061] Ein anorganischer Adhäsionspromotor kann zur Mischung gegeben werden, um die Adhäsion der Bindemittel am Schleifkorn zu verbessern, wie es zur Verbesserung der Mischungsqualität notwendig ist. Bei der Herstellung der Agglomerate kann der anorganische Adhäsionspromotor mit oder ohne organisches Bindemittel verwendet werden.

[0062] Zwar werden in den erfindungsgemäßen Agglomeraten Bindemittel bevorzugt, die bei hohen Temperaturen schmelzen, doch kann das Bindemittel auch andere anorganische Binder, organische Binder, organische Bindungsstoffe, Metallbindungsstoffe und Kombinationen davon enthalten. Bevorzugt werden Bindemittel, die in der Schleifwerkzeugindustrie als Bindungen für organisch gebundene Schleifmittel, beschichtete Schleifmittel, metallgebundene Schleifmittel und dgl. verwendet werden.

[0063] Das Bindemittel ist in einer Menge von etwa 0,5 bis 15 Vol.%, bevorzugt 1 bis 10 Vol.%, am meisten bevorzugt 2 bis 8 Vol.%, des Agglomerats enthalten.

[0064] Die bevorzugte Volumenporosität im Agglomerat ist so hoch, wie es technisch innerhalb der zur Herstellung eines Schleiwerkzeugs und zum Schleifen mit demselben erforderlichen mechanischen Festigkeitsgrenzen des Agglomerats zulässig ist. Die Porosität kann von 30 bis 88 Vol.%, vorzugsweise 40 bis 80 Vol.%, am meisten bevorzugt 50 bis 75 Vol.%, reichen. Ein Teil (z.B. bis zu etwa 75 Vol.%) der Porosität im Agglomerat ist vorzugsweise als durchgängige Porosität oder als Porosität anwesend, die durchlässig ist für einen Strom von Fluiden, einschließlich Flüssigkeiten (z.B. Schleifkühlmittel und -abfall), Luft und schmelzflüssigem Harzbindungsmaterial während des Härtens der Scheibe. Man glaubt, dass organische Bindungsstoffe während der Wärmehärtung der Scheibe in die Zwischenräume der gesinterten Schleifkornag-glomerate wandern und dadurch die Kornbindung stärken und die Scheibenstruktur für bisher unerreichbare Porositätsvolumen ohne zu erwartendem Verlust von mechanischer Festigkeit öffnen.

[0065] Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Dichte der Agglomerate auszudrücken. Die lose Schüttdichte von Agglomeraten kann als LPD ausgedrückt werden. Die relative Dichte von Agglomeraten kann in Prozent der ursprünglichen relativen Dichte oder als Verhältnis der relativen Dichte der Agglomerate zu den zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Bestandteilen unter Berücksichtigung des Volumens an durchgängiger Porosität in den Agglomeraten ausgedrückt werden.

[0066] Die ursprüngliche durchschnittliche relative Dichte, ausgedrückt in Prozent, kann berechnet werden, indem unter Annahme einer Null-Porosität die LPD (p) durch eine theoretische Dichte der Agglomerate (p) dividiert wird. Die theoretische Dichte kann nach dem Verfahren der 8/23 tewcfcsche AT500 593B1 2009-08-15 volumetrischen Mischungsregel aus den Gewichtsprozent und der relativen Dichte des Bindemittels und des Schleifkorns, die in den Agglomeraten enthalten sind, berechnet werden. Für die erfindungsgemäßen gesinterten Agglomerate beträgt die maximale relative Dichte 50 Vol.%, wobei eine maximale relative Dichte von 30 Vol.% noch mehr bevorzugt wird.

[0067] Die relative Dichte kann durch Volumenbestimmung mittels Flüssigkeitsverdrängung gemessen werden, so dass durchgängige Porosität mit eingeschlossen, geschlossenzeilige Porosität aber ausgenommen ist. Die relative Dichte ist das Verhältnis des Volumens des gesinterten Agglomerats, gemessen mittels Flüssigkeitsverdrängung, zum Volumen der zur Herstellung des gesinterten Agglomerats verwendeten Stoffe. Das Volumen der zur Herstellung des Agglomerats verwendeten Stoffe ist ein Maß für das Schüttvolumen basierend auf der Menge und Packungsdichte des zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Schleifkorns und Bindemittels. Für die erfindungsgemäßen gesinterten Agglomerate beträgt die maximale relative Dichte der gesinterten Agglomerate vorzugsweise 0,7, wobei eine maximale relative Dichte von 0,5 noch mehr bevorzugt ist.

[0068] In den vorliegenden Werkzeugen aus gebundenem Schleifmittel verwendete Agglomerate können nach den Verfahren hergestellt werden, die in der gemeinschaftlichen US-Patentanmeldung Nr. 10/120,969 beschrieben sind. Wie dort offenbart wird eine einfache Mischung von Korn und Bindemittel (gegebenenfalls mit einem organischen Bindemittel) in einen Kalzinierdrehofen chargiert und das Bindemittel zur Bildung einer glas- oder keramikartigen Bindung, die das Schleifkorn im Agglomerat zusammenhält, gebrannt (z.B. bei etwa 650 bis etwa 1400 °C). Bei der Agglomeration von Schleifkorn mit Bindemitteln, die bei niedrigeren Temperaturen aushärten (z.B. bei etwa 145 bis etwa 500 °C) kann eine alternative Ausführungsform dieses Drehofens verwendet werden. Die alternative Ausführungsform, ein Rotationstrockner, ist so konzipiert, dass erwärmte Luft zum Austragsende des Rohrs geleitet wird, um die Schleifkornmischung zu erhitzen, das Bindemittel zu härten, dieses an das Korn zu binden und dadurch das Schleifkorn beim Austragen desselben aus der Vorrichtung zu agglomerieren. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „Kalzinierdrehofen" derartige Rotationstrockeneinrichtungen.

[0069] In einem anderen Verfahren zur Herstellung der Schleifkornagglomerate kann eine Paste aus Bindemitteln und Schleifkorn mit einer organischen Bindemittellösung bereitet und mit dem in der US-A-4,393,021 beschriebenen Apparat und Verfahren in längliche Teilchen extrudiert und dann gesintert werden.

[0070] In einem Trockengranulierprozess kann eine Bahn oder ein Block aus Schleifkorn, eingebettet in einer Dispersion oder Paste des Bindemittels, getrocknet werden, und anschließend kann ein Pulverwalzer zum Aufbrechen des Verbunds aus Korn und Bindemittel verwendet werden, gefolgt von einem Sinterschritt.

[0071] In einem anderen Verfahren zur Herstellung von ungesinterten Agglomeraten oder Agglomeratvorläufern kann die Mischung von Bindemittel und Korn in eine Formvorrichtung gefüllt und zu einer ganz bestimmten Gestalt und Größe, beispielsweise wie in der US-BI-6,217,413 beschrieben, geformt werden.

[0072] In einem weiteren, hierin zur Herstellung von Agglomeraten nützlichen Verfahren wird eine Mischung von Schleifkorn, Bindemitteln und einem organischen Bindersystem ohne Voragglomeration in einen Ofen gegeben und erhitzt. Die Mischung wird auf eine Temperatur erhitzt, die hoch genug ist, damit das Bindemittel schmelzen, zum Korn fließen und dort haften bleiben kann, und dann zur Bildung eines Verbundstoffs abgekühlt. Zur Herstellung der gesinterten Agglomerate wird der Verbundstoff zerkleinert und gesiebt.

[0073] Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken. 9/23 tarsSÄi® patemt AT500 593 B1 2009-08-15 BEISPIEL 1

SCHLEIFKORN/KERAMIKBINDEMITTEL-AGGLOMERATE

[0074] Keramische Bindemittel (siehe Tabelle 1-1 Fußnote b und c) wurden zur Herstellung der agglomerierten Schleifkornproben AV2 und AV3 verwendet. Die Agglomerate wurden nach dem in der US-Anmeldung Ser. Nr. 10/120,969, Beispiel 1, beschriebenen Rotationskalzinierverfahren hergestellt. Die AV2-Agglomerate wurden mit 3 Gew.% Bindemittel A erzeugt. Die Temperatur des Kalzinierers wurde auf 1250 °C eingestellt, der Rohrwinkel betrug 2,5° und die Rotationsgeschwindigkeit 5 Upm. Die AV3-Agglomerate wurde mit 6 Gew.% Bindemittel E bei einer Temperatur des Kalzinierers von 1200°C, einem Rohrwinkel von 2,5-4° und einer Rotationsgeschwindigkeit von 5 Upm hergestellt. Das Schleifkorn war schmelzflüssiges Aluminiumoxid-38A-Schleifkorn, Körnung 80, der Firma Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA.

[0075] Die Agglomerate aus keramischem Korn wurden auf ihre lose Packungsdichte, relative Dichte und Größe untersucht. Die Testergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1-1 angeführt. Die Agglomerate bestanden aus einer Mehrzahl von einzelnen Schleifkörnern (z.B. 2 bis 40 Schleifkörner), die durch ein keramisches Bindemittel an Korn-zu-Korn-Kontaktpunkten mit sichtbaren Hohlräumen aneinander gebunden waren. Die Mehrzahl der Agglomerate war ausreichend beständig gegen Kompaktion und behielt ihren dreidimensionalen Charakter nach Schleifscheibenmisch- und formverfahren bei.

TABELLE 1-1 SCHLEIFKORN/KERAMIKBINDEMITTEL-AGGLOMERATE

Probe NO. Mischung: Korn, Bindemittel Gewicht Ibs (kg) der Mi-schunq Schleifkorn Gew.% Binde mittel Gew.% Binde mittel" Vol.% LPD g/cc -20/+45 Mesh Fraktion Durch-schnittl. Größe //m (Mesh) Durch-schnittl. relative Dichte % AV2 80 Grit 38A Bindemittel Ab 84,94 (38,53) 94,18 2,99 4,81 1,036 500 μητι -20/+45 26,67 AV3 80 Grit 38A Bindemittel Ec 338,54 (153,56) 88,62 6,36 9,44 1,055 500 μητι -20/+45 27,75 [0076] a. Die Prozentangaben beruhen auf den Gesamtfeststoffen, beinhalten nur das keramische Bindemittel und das Schleifkorn ohne jede Porosität innerhalb der Agglomerate. Flüchtige organische Bindemittel wurden zur Haftung der keramischen Bindung am Schleifkorn verwendet (für AV2 wurden 2,83 Gew.% flüssiger Proteinbinder AR30, und für AV3 wurden 3,77 Gew.% flüssiger Proteinbinder AR30 verwendet). Die flüchtigen organischen Bindemittel brannten während des Sinterns der Agglomerate im Drehrohrkalzinierer heraus und finden sich nicht in den endgültigen Gew.% Bindemittel.

[0077] b. Bindemittel A (beschrieben in US Ser. No. 10/120,969, Beispiel 1) ist eine Mischung von Rohmaterialien (z.B. Ton und Mineralstoffen), wie sie üblicherweise zur Herstellung von keramischen Bindungen für Schleifscheiben verwendet werden. Nach der Agglomeration enthält die gesinterte Glaszusammensetzung von Bindemittel A die folgenden Oxide (in Gew.%): 69 % Glasbildner (Si02 + B203); 15 % Al203; 5-6% Erdalkalioxide RO (CaO, MgO); 9-10 % Alkali R20 (Na20, K20, Li20), und sie hat eine relative Dichte von 2,40 g/cc und eine geschätzte Viskosität bei 1180 °C von 25.590 Poise.

[0078] c. Bindemittel E (beschrieben in US Ser. No. 10/120,969, Beispiel 1) ist eine Mischung von Rohmaterialien (z.B. Ton und Mineralstoffen), wie sie üblicherweise zur Herstellung von keramischen Bindungen für Schleifscheiben verwendet werden. Nach der Agglomeration ent- 10/23 äitesaschts AT500 593B1 2009-08-15 hält die gesinterte Glaszusammensetzung von Bindemittel E die folgenden Oxide (in Gew.%): 64 % Glasbildner (Si02 + B203); 18 % Al203; 6-7% Erdalkalioxide RO (CaO, MgO); 11 % Alkali R20 (Na20, K20, Li20), und sie hat eine relative Dichte von 2,40 g/cc und eine geschätzte Viskosität bei 1180 °C von 55.300 Poise.

SCHLEIFSCHEIBEN

[0079] Die Agglomeratproben AV2 und AV3 wurden zur Herstellung von Versuchsschleifscheiben (Typ 1) verwendet (Enggröße 5,0 x 0,5 x 1,250 Inch (12,7 x 1,27 x 3,18 cm)).

[0080] Die Versuchsscheiben wurden durch Chargieren der Agglomerate in einen rotierenden Schaufelmischer (Foote-Jones-Mischer der Firma Illinois Gear, Chicago, IL) und Mischen der Agglomerate mit einem flüssigen Phenolharz (V-1181-Harz der Firma Honeywell International Inc., Friction Division, Troy NY) (22 Gew.% Harzmischung) hergestellt. Ein pulverförmiges Phenolharz (Durez Varcum®-Harz 29-717 der Firma Durez Corporation, Dallas TX) (78 Gew.% der Harzmischung) wurde zu den feuchten Agglomeraten gegeben. Die zur Herstellung dieser Scheiben und der Zusammensetzung der fertigen Scheiben (einschließlich Vol.% Schleifmittel, Bindung und Porosität in den gehärteten Scheiben) verwendeten Mengen an Schleifmittelag-glomerat und Harzbindung in Gewichtsprozent sind in der nachstehenden Tabelle 1-2 angegeben.

[0081] Die Materialien wurden ausreichend lang gemischt, um eine gleichmäßig Mischung zu erhalten und die Menge an loser Bindung auf ein Minimum zu halten. Nach dem Mischen wurden die Agglomerate durch ein 24-Mesh-Sieb gesiebt, um etwaige große Harzklumpen aufzubrechen. Die gleichmäßige Agglomerat- und Bindermischung wurde in Formen gefüllt, und zur Bildung von ungesinterten (ungehärteten) Scheiben wurde Druck aufgebracht. Diese ungesin-terten Scheiben wurden aus den Formen genommen, in beschichtetes Papier gehüllt und durch Erhitzen auf eine Temperatur von maximal 160 °C gehärtet, klassifiziert, endbearbeitet und in Übereinstimmung mit einschlägig bekannten industriellen Schleifscheibenfertigungstechniken geprüft. Der Elastizitätsmodul der fertigen Scheiben wurde gemessen, und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1-2 angeführt.

[0082] Der Elastizitätsmodul wurde unter Verwendung eines Grindosonic-Geräts nach der in J. Peters, „Sonic Testing of Grinding Wheels", Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968, beschriebenen Methode gemessen. 11/23

fettSKXiKXhtS AT500 593B1 2009-08-15

TABELLE 1-2 SCHEIBENZUSAMMENSETZUNGEN

Scheibenprobe (Agglomerat) Grad Elastizi tätsmodul G-Pascal Dichte nach Aushärtung g/cc Scheibenzusammensetzung Vol. % Schleif- Bindung Porosität körn Gesamr (organ.) üew.% Agglomerat Gew.% Bindung Versuchs scheiben 1-1 (AV3) A 3.5 1.437 30 18 (14.8) 52 86.9 13.1 1-2 (AV3) C 4.5 1.482 30 22 (18.8) 48 84.0 16.0 1-3 (AV3) E 5.0 1.540 30 26 (22.8) 44 81.2 18.8 1-4 (AV2) A 5.5 1.451 30 18 (16-7) 52 85.1 14.9 1-5 (AV2) E 7.0 1.542 30 26 (24.7) 44 79.4 20.6 Vergleichsscheiben3 handelsübliche Bezeichnung Elastizi tätsmodul Dichte nach Aushärtung g/cc Korn Vol.% Bindung Vol. % Porosität Vol.% Gew.% Schleif mittel Gew. % Bindung C-1 38A80-G8 B24 13 2,059 48 17 35 89,7 10,3 C-2 38A80- K8 B24 15 2, 154 48 22 30 87,2 12, 8 C-3 38A80-O8 B24 17 2,229 48 27 25 84, 4 15, 6 C-4 53A80J7 Schellackmi-schunq 10,8 1,969 50 20 30 89,2 10, 8 C-5 53A80L7 Schellackmischung 12, 0 2, 008 50 24 26 87,3 12,7 C-6b National Schellackbindung A80-Q6ES 9,21 2,203 48,8 24, 0 27,2 86, 9 13,1 C-7b Tyrolit Schel-lackbindung FA80-11E15SS 8,75 2,177 47,2 27, 4' 25,4 84, 9 15,1 [0083] a. Die C-1-, C-2- und C-3-Scheiben sind mit einer Phenolharzbindung hergestellt, und diese Scheibenspezifikationen sind von der Firma Saint-Gobain Abrasives, Inc. auf dem Markt erhältlich. Die C-4- und C-5-Scheiben bestehen aus Schellackharz gemischt mit einer geringeren Menge Phenolharzbindung. Diese Scheibenspezifikationen sind von der Firma Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, auf dem Markt erhältlich. Diese Proben C-4 und C-5 wurden nach diesen Industriespezifikationen im Labor hergestellt und auf einen Scheiben-Endhärtegrad von J bzw. L gehärtet.

[0084] b. Die C-6- und C-7-Scheiben wurden in den Schleiftests nicht getestet. Diese Vergleichsscheibenspezifikationen sind von National Grinding Wheel Company /Radiac, Salem, IL bzw. von Tyrolit N.A., Inc., Westboro, MA, auf dem Markt erhältlich.

[0085] c. „Gesamt"-Vol.% Bindung bedeutet die Summe aus der Menge von zur Agglomeration des Korns verwendetem keramischen Bindemittel und der Menge von zur Herstellung der Schleifscheibe verwendeter organischer Harzbindung. „(Organische)" Vol.% Bindung bedeutet den Teil der Gesamt-Vol.% Bindung, der aus dem organischen Harz besteht, das zu den Ag- 12/23 oste?ie:*sd'« patemamt AT500 593 B1 2009-08-15 glomeraten zwecks Herstellung der Schleifscheibe gegeben wurden.

SCHLEIFTESTS

[0086] Die Versuchsscheiben wurden in einem simulierten Walzenschleiftest im Vergleich zu handelsüblichen mit Phenolharz gebundenen Scheiben (C-l-C-3 der Firma Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA) getestet. Schellackgebundene Scheiben (C-4 und C-5), die im Labor aus einer Schellackharzmischung hergestellt wurden, wurden ebenfalls als Vergleichsscheiben getestet. Vergleichsscheiben wurden deshalb ausgewählt, weil sie hinsichtlich Zusammensetzung, Struktur und physikalischen Eigenschaften jenen Scheiben entsprechen, die in industriellen Walzenschleifverfahren eingesetzt werden.

[0087] Zur Simulation des Walzenschleifens in Laborumgebung wurde ein kontinuierliches Kontaktschlitzschleifverfahren auf einer Oberflächenschleifmaschine durchgeführt. In den Test wurden die folgenden Schleifbedingungen verwendet: [0088] Schleifmaschine: Brown & Sharpe Oberflächenschleifer [0089] Modus: zwei Dauerkontakt-Schlitzschleifungen, Umkehr am Hubende vor Kontaktverlust mit dem Werkstück [0090] Kühlmittel: Trim Clear 1:40 Verhältnis Kühlmittehdeionisiertes Wasser [0091] Werkstück: 40,64 x 10,16 cm (16 x 4 Inch) 4340-Stahl, Härte Rc50 [0092] Werkstückgeschwindigkeit: 0,31 m/min (25 Fuß/min) [0093] Scheibengeschwindigkeit: 5730 Upm [0094] Tiefenvorschub: 2,54 mm (0,100 Inch) gesamt [0095] Schnitttiefe: 0,0127 mm (0,0005 Inch) an jedem Ende [0096] Kontaktdauer: 10,7 min [0097] Abrichtung: Einzelpunktdiamant, bei 0,254 m/min (10 Inch/min) Planzug, 0,0254 mm (0,001 Inch) Komp.

[0098] Die Scheibenvibration während des Schleifens wurde mit einem IRD-Mechanalysis-Gerät (Analyzer Modell 855 Analyzer/Balancer der Firma Entek Corporation, North Westerville, Ohio) gemessen. In einem anfänglichen Schleifdurchgang wurden die Schwingungsstärken unter Verwendung eines Fast-Fourier-Transformations-verfahrens (FFT-Verfahrens) zwei und acht Minuten nach dem Abrichten der Scheibe bei verschiedenen Frequenzen (als Geschwindigkeit in Inch/Sekundeneinheiten) aufgezeichnet. Nach dem anfänglichen Schleifdurchgang fand ein zweiter Schleifdurchgang statt, bei dem die zeitbezogene Zunahme der Schwingungsstärke bei einer ausgewählten Zielfrequenz (57.000 cpm, der während des ersten Durchgangs beobachteten Frequenz) während der gesamten 10,7 Minuten, die die Scheibe in Kontakt mit dem Werkstück blieb, aufgezeichnet. Während der Schleifdurchgänge wurden die Scheibenverschleißraten (WWR), Materialentfernungsraten (MRR) und andere Schleifgrößen aufgezeichnet. Diese Daten sind zusammen mit der Schwingungsamplitude für jede Scheibe nach 9-10 Minuten Dauerkontaktschleifen in der nachstehenden Tabelle 1-3 gezeigt. 13/23 fotssKÄhe AT500 593B1 2009-08-15

TABELLE 1-3 SCHLEIFTESTERGEBNISSE

Scheibenprobe (Ag-glomerat) Grad Schwin- gungs- amplitu- de 9- 10min in/sec WWR in 16,387 cm3/min Leistung 9-10 min. hp SGE J/mm3 G-Verhältnis MRR/WWR Versuchs scheiben 1-1 (AV3) A 0,010 0,00215 10,00 22,70 34,5 1-2 (AV3) C 0,011 0,00118 15,00 29,31 63,3 1-3 (AV3) E 0,021 0,00105 22,00 43,82 71,4 1-4 (AV2) A 0,011 0,00119 10,50 23,67 62,7 1-5 (AV2) E 0,013 0,00131 21,00 40,59 56, 6 Vergleichsscheiben (handelsübliche Bezeichnung) C-1 38A80-G8 B24 0,033 0,00275 10,00 33,07 26,5 C-2 38A80- K8 B24 0,055 0,00204 11,00 25,33 36,8 C-3 38A80-O8 B24 0,130 0,00163 12,50 22,16 46,2 C-4 53A80J7 Schellack- mischunq 0,022 0,00347 10,00 25,46 20,8 C-5 53A80L7 Schellack mischung 0,052 0,00419 11,50 26,93 17,1 [0099] Es ist zu sehen, dass die Versuchs Scheiben die geringste Scheibenverschleißrate und niedrigsten Schwingungsamplitudenwerte zeigten. Die mit Phenolharzbindungen hergestellten handelsüblichen Vergleichsscheiben (38A80-G8 B24, -K8 B24 und -08 B24) hatten niedrige Scheibenverschleißraten, doch inakzeptabel hohe Schwingungsamplitudenwerte. Von diesen Scheiben lässt sich im Vorhinein sagen, dass sie in einem tatsächlichen Walzenschleifvorgang Vibrationsrattern hervorrufen würden. Die mit Schellackharzbindungen erzeugten Vergleichsscheiben (Schellackmischung 53A80J7 und Schellackmischung 53A80L7) hatten hohe Scheibenverschleißraten, aber annehmbar niedrige Schwingungsamplitudenwerte. Die Versuchsscheiben waren besser als alle Vergleichsscheiben über einen weiten Leistungsbereich (nahezu konstante Schwingungsamplitude mit 10-23 hp und beständig niedrige WWR), und die Versuchsscheiben zeigten auch bessere G-Verhältnisse (Materialentfernungsra-te/Scheibenverschleißrate), was ihre hervorragende Leistungsfähigkeit und Lebensdauer beweist.

[00100] Man glaubt, dass der relativ niedrige Elastizitätsmodul und die relativ hohe Porosität der Versuchsscheiben eine ratterbeständige Scheibe liefert, und zwar weder auf Kosten 14/23 &t£S!iÄ»hi5 AT500 593B1 2009-08-15 der Lebensdauer noch auf Kosten der Leistungsfähigkeit. Ziemlich unerwartet wurde beobachtet, dass die Versuchsscheiben effizienter schliffen als Scheiben, die einen höheren prozentuellen Volumenanteil an Korn und einen härteren Scheibengrad aufwiesen. Auch wenn die Versuchsscheiben so konstruiert waren, dass sie einen relativ weichen Härtegrad lieferten (d.h. Grad A-E auf der Schleifscheiben-Härteskala der Norton Company), schliffen sie aggressiver bei geringerem Scheibenverschleiß und höherem G-Verhältnis als die Vergleichsscheiben mit einem signifikant höheren Härtegrad (d.h. Grad G-0 auf der Schleifscheiben-Härteskala der Norton Company). Diese Resultate waren signifikant und unerwartet. BEISPIEL 2 [00101] Versuchsscheiben, die agglomeriertes Korn enthielten, wurden in einem industriellen Produktionsvorgang hergestellt und in einem industriellen Walzenschleifverfahren, in dem früher schellackgebundene Scheiben verwendet wurden, getestet.

SCHLEIFKORN/KERAMIKBINDEMITTEL-AGGLOMERATE

[00102] Keramische Bindemittel (Bindemittel A aus der obigen Tabelle 1-1) wurden zur Herstellung der agglomerierten Schleifkornprobe AV4 verwendet. Probe AV4 war ähnlich Probe AV2 mit der Ausnahme, dass für Probe AV4 eine gewerbliche Stückgröße erzeugt wurde. Die Agglomerate wurden nach dem in der US-Anmeldung Ser. Nr. 10/120,969, Beispiel 1, beschriebenen Rotationskalzinierverfahren hergestellt. Das Schleifkorn war schmelzflüssiges Aluminiumoxid-38A-Schleifkorn, Körnung 80, der Firma Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA, und es wurden 3 Gew.% Bindemittel A verwendet. Die Temperatur des Kalzinierers wurde auf 1250 °C eingestellt, der Rohrwinkel betrug 2,5° und die Rotationsgeschwindigkeit 5 Upm. Die Agglomerate wurden mit 2 % Silanlösung (der Firma Crompton Corporation, South Charleston, West Virginia) behandelt.

SCHLEIFSCHEIBEN

[00103] Die Agglomeratprobe AV4 wurde zur Herstellung von Schleifscheiben verwendet (Endgröße 36" Durchmesser x 4" Breite x 20" Mittelloch (Typ 1) (91,4 x 10,2 x 50,8 cm).

[00104] Die Versuchsscheiben wurden mit industriellen Fertigungsmaschinen durch Mischen der Agglomerate mit einem flüssigen Phenolharz (V-1181-Harz der Firma Honeywell International Inc., Friction Division, Troy NY) (22 Gew.% Harzmischung) und einem pulverförmigen Phenolharz (Durez Varcum®-Harz 29-717 der Firma Durez Corporation, Dallas TX) (78 Gew.% der Harzmischung) hergestellt. Die bei diesen Scheiben verwendeten Mengen an Schleifagglomerate und Harzbindung sind in der nachstehenden Tabelle 2-2 in Gewichtsprozent angegeben. Die Materialien wurden ausreichend lang gemischt, um eine gleichmäßig Mischung zu erhalten. Die gleichmäßige Agglomerat- und Bindungsmischung wurde in Formen gefüllt, und zur Bildung von ungesinterten (ungehärteten) Scheiben wurde Druck aufgebracht. Diese ungesinterten Scheiben wurden aus den Formen genommen, in beschichtetes Papier gehüllt und durch Erhitzen auf eine Temperatur von maximal 160 °C gehärtet, klassifiziert, endbearbeitet und in Übereinstimmung mit einschlägig bekannten industriellen Schleifscheibenfertigungstechniken geprüft. Der Elastizitätsmodul der fertigen Scheiben und die Dichte nach dem Brennen wurden gemessen, und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2-2 angeführt. Es wurde die Scheibenberstgeschwindigkeit gemessen und die maximale Betriebsgeschwindigkeit mit 9500 sfpm festgelegt.

[00105] Die Zusammensetzung der Scheiben (einschließlich Vol.% Schleifmittel, Bindung und Porosität in den gehärteten Scheiben) ist in Tabelle 2-2 beschrieben. Diese Scheiben hatten ein sichtbar offenes, gleichmäßiges Porositätsgefüge, wie es bei früher in einem industriellen Verfahren hergestellten organisch gebundenen Schleifscheiben nicht bekannt war. 15/23

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TABELLE 2-2 SCHEIBENZUSAMMENSETZUNG

Scheibenprobe (Agglomerat) Gütegrad Elastizi tätsmodul G-Pascal Dichte nach Aus härtung g/cc Scheibenzusammensetzung Vol. % Schleif- Binduna Porosität körn Gesamr (organ.) Gew.% Agglomerat Gew.% Bin dung Versuchs scheiben 2-1 (AV4) B14 4,7 1,596 36 14 (12,4 ) 50 90,2 9,8 2-2(AV4) C14 5,3 1,626 36 16 (14,4 ) 48 88,8 11,2 2-3 (AV4) D14 5,7 1,646 36 18 (16,4 ) 46 87,4 12,6 [00106] a. „Gesamt"-Vol.% Bindung bedeutet die Summe aus der Menge von zur Agglomeration des Korns verwendetem keramischen Bindemittel und der Menge von zur Herstellung der Schleifscheibe verwendeter organischer Harzbindung. „(Organische)" Vol.% Bindung bedeutet den Teil der Gesamt-Vol.% Bindung, der aus dem organischen Harz besteht, das zu den Agglomeraten zwecks Herstellung der Schleifscheibe gegeben wurden.

SCHLEIFTESTS

[00107] Diese Versuchsschleifscheiben wurden in zwei industriellen Schleifverfahren zur Endbearbeitung von Walzen für die Verwendung beim Kaltwalzen getestet. Nach dem Schleifen werden diese Walzen aus Schmiedestahl zum Walzen und zur Oberflächenbearbeitung von Blechen (z.B. Stahlblechen) verwendet. In industriellen Verfahren werden traditionellerweise schellackgebundene Industriescheiben verwendet (üblich ist Aluminiumoxid-Schleifkorn, Körnung 80), und diese Scheiben werden normalerweise mit 6500 sfpm bzw. einer Höchstgeschwindigkeit von etwa 8000 sfpm betrieben. Die Schleifbedingungen sind nachstehend angeführt und die Testergebnisse in den Tabellen 2-3 und 2-4 dargestellt. SCHLEIFBEDINGUNGEN A: [00108] Schleifmaschine: Farrell Roll Grinder, 40 hp [00109] Kühlmittel: Stuart Synthetic w/Wasser [00110] Scheibengeschwindigkeit: 780 Upm [00111] Werkstück: Schmiedestahl, Tandemwalzwerk-Walzen, Härte 842 Equotip, 82 x 25 Inch (208 x 64 cm) [00112] Werkstückgeschwindigkeit (Walze): 32 Upm [00113] Zustellung: 2,54 m/min (100 Inch/min) [00114] Dauerzufuhr: 0,0023 cm/min (0,0009 Inch/min) [00115] Endzufuhr: 0,00203 cm/min (0,0008 Inch/min) [00116] Erforderliche Oberflächenbeschaffenheit: 18-30 Ra Rauheit, maximal 160 Spitzen 16/23

AT500 593 B1 2009-08-15 SCHLEIFBEDINGUNGEN B: [00117] Schleifmaschine: Pomini Roll Grinder, 150 hp [00118] Kühlmittel: Stuart Synthetic w/Wasser [00119] Scheibengeschwindigkeit: 880 Upm [00120] Werkstück: Schmiedestahl, Tandemwalzwerk-Walzen, Härte 842 Equotip, 82 x 25 Inch (208 x 64 cm) [00121] Werkstückgeschwindigkeit (Walze): 32 Upm [00122] Zustellung: 2,54 m/min (100 Inch/min) [00123] Dauerzufuhr: 0,00028 cm/min (0,0001 1 Inch/min) [00124] Endzufuhr: 0,005 cm/min (0,002 Inch/min) [00125] Erforderliche Oberflächenbeschaffenheit: 18-30 Ra Rauheit, etwa 160-180 Spit zen

TABELLE 2-3 SCHLEIFTESTRESULTATE/SCHLEIFBEDINGUNGEN A

Probe Testparameter Änderung im Durchmesser Inch 7£VeT hältnis Scheibe Upm Scheibe Amp. Anzahl Schleif durch gänge Walzen- rauhheit Ra Anzahl der Spitzen auf Walze Versuchsscheibe 2-1 Scheiben verschleiß 0,12 0,860 780 75 10 28 171 Entferntes Material 0,007 Versuchsscheibe 2-2 Scheiben- verschleiß 0,098 1,120 780 90-100 10 22 130 Entferntes Material 0,0075 Versuchs-scheibe 2-3 Scheiben- verschleiß 0,096 1,603 780 120-150 10 23 144 Entferntes Material 0,0105 [00126] Unter den Schleifbedingungen A zeigten die Versuchsschleifscheiben eine hervorragende Schleifleistung, wobei signifikant höherer G-Verhältnisse erzielt wurden, als bei früheren industriellen Verfahren unter diesen Schleifbedingungen mit schellackgebundenen Scheiben beobachtet wurden. Auf Basis früherer Erfahrungen beim Walzenschleifen unter Schleifbedingungen A wären die Versuchsscheiben 2-1, 2-2 und 2-3 zu weich erschienen (bei Härtegraden B-D der Norton Company), um eine industriell akzeptable Schleifeffizienz zu erbringen, somit waren diese Ergebnisse, die hervorragende G-Verhältnisse zeigten, höchst unüblich. Darüber hinaus war die Oberflächenbeschaffenheit der Walze frei von Rattermarken und lag innerhalb der vorgeschriebenen Oberflächenrauheit (18-30 Ra) und Anzahl an Spitzen (etwa 160). Die Versuchsscheiben lieferten eine Qualität der Oberflächenbeschaffenheit, wie sie früher nur mit schellackgebundenen Scheiben zu beobachten war. 17/23 tereÄhis patemt AT500 593 B1 2009-08-15 [00127] Ein zweiter Schleiftest mit der Versuchsscheibe 2-3 unter den Schleifbedingungen B bestätigte die überraschenden Vorteile, die der Einsatz erfindungsgemäßer Scheiben in einem industriellen Kalzwalzverfahren für Fertigwalzen über einen längeren Testzeitraum mit sich bringt. Die Testergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2-4 gezeigt.

TABELLE 2-4 SCHLEIFTESTRESULTATE/SCHLEIFBEDINGUNGEN

Versuchs scheibe Änderung im Durchmesser Inch Scheibengeschwindigkeit in 0,508 cm/s Scheibe Amp. Dauerzufuhr in 2,54 cm/min End zufuhr Inch Walzen rauheit Ra Anzahl von Spitzen auf Walze Walze 1 Scheibenver schleiß 0,258 5667 9Ö 0,0009 ÖööüS 24 166 Entferntes Material 0,028 Walze 2 Scheibenver schleiß 0,339 8270 105 0,0016 0,002 20 136 Entferntes Material 0,032 Walze 3 Scheibenver schleiß 0,165 8300 110 0,0011 0,002 28 187 Entferntes Material 0,03 Walze 4 Scheibenver schleiß 0,279 8300 115 0,0011 0,002 29 179 Entferntes Material 0,036 I I Walze 5 Scheiben verschleiß 0,098 8300 115 0,0011 0,002 25 151 Entferntes Material 0,018 Walze 6 Scheiben verschleiß 0,097 53ÖÖ 115 0,0611 0,002 Entferntes Material 0,016 Walze 7 Scheiben verschleiß 0,072 S3ÜÖ 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,048 Walze 8 Scheiben verschleiß 0,094 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,011 Walze 9 Scheiben verschleiß 0,045 8300 115 0,0011 0,002 18/23 AT500 593 B1 2009-08-15 oiteüsäisd'is patenuimt

Entferntes Material 0,021 Walze 10 Scheiben verschleiß 0,128 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,017 Walze 11 Scheiben verschleiß 0,214 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,018 Walze 12 Scheibenver schleiß 0,12 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,018 Walze 13 Scheiben verschleiß 0,118 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,026 Walze 14 Scheiben verschleiß 1,233 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,03 Walze 15 Scheiben verschleiß 0,215 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,03 Walze 16 Scheiben verschleiß 0,116 8300 115 0,0011 0,002 XXX XXX Entferntes Material 0,018 Walze 17 Scheiben verschleiß 0,141 8300 115 0,0011 0,002 XXX XXX Entferntes Material 0,021 Walze 18 Scheiben verschleiß 0,116 8300 115 0,0011 0,002 XXX XXX Entferntes Material 0,01 Walze 19 Scheiben verschleiß 0,118 8300 115 0,0011 0,002 Entferntes Material 0,018 19/23

Claims (56)

1. [00128] Das kumulative G-Verhältnis für die Versuchsscheibe 2-4 nach dem Schleifen von 19 Walzen und einem Verschleiß von etwa 7,62 cm (drei Inch) vom Scheibendurchmesser betrug 2,093. Dieses G-Verhältnis bedeutet ein zwei- bis dreimal besseres G-Verhältnis, als es bei gewerblichen Schleifscheiben (z.B. den in Beispiel 1 beschriebenen schellackgebundenen Scheiben C-6 und C-7), die zum Schleifen von Walzen unter den Schleifbedingungen A oder B verwendet wurden, beobachtet wurde. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und die Materialentfernungsrate überstiegen jene von gewerblichen Vergleichsscheiben, die bei diesem Walzenschleifverfahren verwendet wurden, was weiters auf die unerwartete Schleifeffizienz hinweist, die mit dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren möglich ist. Die Oberflächenbeschaffenheit der Walze, die mit der Versuchsscheibe erzielt wurde, war für industrielle Produktionsstandards akzeptabel. Die nach dem Schleifen von 19 Walzen beobachteten kumulativen Ergebnisse bestätigen den stationären Betriebszustand der Versuchsscheibe und die vorteilhafte Beständigkeit der Scheibe gegen das Entstehen von unebenen Stellen, Vibrationen und Rattern, während sie im Zuge des Schleifprozesses verbraucht wird. Patentansprüche 1. Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen, umfassend die folgenden Schritte: a) Vorsehen einer Schleifscheibe umfassend Schleifkorn, Phenolharzbindung, 36 bis 54 Vol.% Porosität, eine maximale Dichte nach der Aushärtung von 2,0 g/cc und eine Berstgeschwindigkeit von mindestens 30,49 m/s (6000 sfpm); b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine; c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; und e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze auf einen Oberflächenwert von 10 bis 50 Ra, während die Oberfläche im Wesentlichen frei von Zuführlinien, Rattermarken und Oberflächenunregelmäßigkeiten bleibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 20,32 bis 48.26 m/s (4000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 35,56 bis 48.26 m/s (7000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Schleifen bis zu einem Oberflächenwert von 18 bis 30 Ra durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 10 GPa aufweist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 8 GPa aufweist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe 22 bis 40 Vol.% Schleifkorn, 36 bis 50 Vol.% Porosität und 8 bis 26 Vol.% Phenolharzbindung aufweist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe 24 bis 38 Vol.% Schleifkorn, 40 bis 50 Vol.% Porosität und 12 bis 22 Vol.% Phenolharzbindung aufweist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Porosität der Scheibe mindestens 30 Vol.% durchgängige Porosität umfasst.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe im Wesentlichen frei von Poren bildendem Material ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Scheibe einen Härtegrad von B bis G auf der Härte- gradskala der Norton Company aufweist.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schleifschritt bei einem G-Verhältnis durchgeführt wird, das zwei- bis dreimal höher als das G-Verhältnis einer Vergleichsscheibe mit Schellackharzbindung ist.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schritte c) bis e) für aufeinanderfolgende Walzwerke wiederholt werden und die Scheibe im Wesentlichen frei von Rattern bleibt, während sie im Zuge dieser wiederholten Schleifschritte verbraucht wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Schleifen bis zu einer Oberflächenspitzenzahl von 160 bis 180 Spitzen pro Inch durchgeführt wird.
15. 15. Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen, umfassend die folgenden Schritte: a) Vorsehen einer Schleifscheibe umfassend mindestens 20 Vol.% Schleifkornagglomera-te, eine organische Harzbindung und 38 bis 54 Vol.% Porosität; b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine; c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; und e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze auf einen Oberflächenwert von 10 bis 50 Ra, während die Oberfläche im Wesentlichen frei von Zuführlinien, Rattermarken und Oberflächenunregelmäßigkeiten bleibt.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 20,32 bis 48.26 m/s (4000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 35,56 bis 48.26 m/s (7000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Schleifen bis zu einem Oberflächenwert von 18 bis 30 Ra durchgeführt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 10 GPa aufweist.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 8 GPa aufweist.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Schleifkornagglomerate poröse gesinterte Agglo-merate aus Schleifkorn und anorganischem Bindemittel sind.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe 20 bis 38 Vol.% Schleifkornagglomerate, 38 bis 50 Vol.% Porosität und 8 bis 26 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe 24 bis 36 Vol.% Schleifkorn, 40 bis 50 Vol.% Porosität und 10 bis 24 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Porosität der Scheibe mindestens 30 Vol.% durchgängige Porosität umfasst.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe im Wesentlichen frei von Poren bildendem Material ist.
26. 26. Verfahren nach Anspruch 15, worin der Schleifschritt bei einem G-Verhältnis durchgeführt wird, das zwei- bis dreimal höher als das G-Verhältnis einer Vergleichsscheibe mit Schellackharzbindung ist.
27. 27. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Schritte c) bis e) für aufeinander folgende Walzwerke wiederholt werden und die Scheibe im Wesentlichen frei von Rattern bleibt, während oitC'idciiiSd'ö patenmmt AT500 593 B1 2009-08-15 sie im Zuge dieser wiederholten Schleifschritte verbraucht wird.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Schleifen bis zu einer Oberflächenspitzenzahl von 160 bis 180 Spitzen pro Inch durchgeführt wird.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Scheibe eine maximale Dichte von 2,0 g/cc aufweist.
30. 30. Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen, umfassend die folgenden Schritte: a) Vorsehen einer Schleifscheibe umfassend mindestens 22 bis 40 Vol.% Schleifkorn und 36 bis 54 Vol.% Porosität, gebunden in einer organischen Harzbindung, und mit einem maximalen Elastizitätsmodul von 12 GPa und einer Mindestberstgeschwindigkeit von 30,48 m/s (6000 sfpm); b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine und Drehen der Scheibe; c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; und e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze auf einen Oberflächenwert von 10 bis 50 Ra, während die Oberfläche im Wesentlichen frei von Zuführlinien, Rattermarken und Oberflächenunregelmäßigkeiten bleibt.
31. 31. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 20,32 bis 48.26 m/s (4000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
32. 32. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 35,56 bis 48.26 m/s (7000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
33. 33. Verfahren nach Anspruch 30, worin das Schleifen bis zu einem Oberflächenwert von 18 bis 30 Ra durchgeführt wird.
34. 34. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe eine maximale Dichte von 2,0 g/cc aufweist.
35. 35. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 10 GPa aufweist.
36. 36. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe 22 bis 38 Vol.% Schleifkorn, 36 bis 50 Vol.% Porosität und 8 bis 26 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
37. 37. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe 24 bis 36 Vol.% Schleifkorn, 40 bis 50 Vol.% Porosität und 12 bis 22 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
38. 38. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Porosität der Scheibe mindestens 30 Vol.% durchgängige Porosität umfasst.
39. 39. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe im Wesentlichen frei von Poren bildendem Material ist.
40. 40. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Scheibe einen Härtegrad B bis G auf der Härtegradskala der Norton Company aufweist.
41. 41. Verfahren nach Anspruch 30, worin der Schleifschritt bei einem G-Verhältnis durchgeführt wird, das zwei- bis dreimal höher als das G-Verhältnis einer Vergleichsscheibe mit Schellackharzbindung ist.
42. 42. Verfahren nach Anspruch 30, worin die Schritte c) bis e) für aufeinander folgende Walzwerke wiederholt werden und die Scheibe im Wesentlichen frei von Rattern bleibt, während sie im Zuge dieser wiederholten Schleifschritte verbraucht wird.
43. 43. Verfahren nach Anspruch 30, worin das Schleifen bis zu einer Oberflächenspitzenzahl von 22/23 tarssÄiies patemt AT500 593 B1 2009-08-15 160 bis 180 Spitzen pro Inch durchgeführt wird.
44. 44. Verfahren zum Schleifen von Walzwerk-Walzen, umfassend die folgenden Schritte: a) Vorsehen einer Schleifscheibe umfassend mindestens 22 bis 40 Vol.% Schleifkorn und 36 bis 54 Vol.% Porosität, gebunden in einer organischen Harzbindung, und mit einem maximalen Elastizitätsmodul von 12 GPa und einer Mindestberstgeschwindigkeit von 6000 sfpm; b) Aufspannen der Scheibe auf eine Walzenschleifmaschine und Drehen der Scheibe; c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerk-Walze mit zylindrischer Oberfläche; d) Bewegen der Scheibe quer über die Oberfläche der Walzwerk-Walze unter Aufrechterhalten eines Dauerkontakts zwischen Scheibe und Oberfläche der Walzwerk-Walze; e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerk-Walze; und f) Wiederholen der Schritte c) bis e); worin die Scheibe im Wesentlichen frei von Rattern bleibt, während sie im Zuge der Schleifschritte verbraucht wird.
45. 45. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 20,32 bis 48.26 m/s (4000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
46. 46. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 35,56 bis 48.26 m/s (7000 bis 9500 sfpm) gedreht wird.
47. 47. Verfahren nach Anspruch 44, worin das Schleifen bis zu einer Oberflächenspitzenzahl von 160 bis 180 Spitzen pro Inch durchgeführt wird.
48. 48. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe eine maximale Dichte von 2,0 g/cc aufweist.
49. 49. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe einen maximalen Elastizitätsmodul von 10 GPa aufweist.
50. 50. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe 22 bis 38 Vol.% Schleifkorn, 36 bis 50 Vol.% Porosität und 8 bis 26 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
51. 51. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe 24 bis 36 Vol.% Schleifkorn, 40 bis 50 Vol.% Porosität und 12 bis 22 Vol.% organische Harzbindung aufweist.
52. 52. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Porosität der Scheibe mindestens 30 Vol.% durchgängige Porosität umfasst.
53. 53. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe im Wesentlichen frei von Poren bildendem Material ist.
54. 54. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe einen Härtegrad B bis G auf der Härtegradskala der Norton Company aufweist.
55. 55. Verfahren nach Anspruch 44, worin der Schleifschritt bei einem G-Verhältnis durchgeführt wird, das zwei- bis dreimal höher als das G-Verhältnis einer Vergleichsscheibe mit Schellackharzbindung ist.
56. 56. Verfahren nach Anspruch 44, worin die Scheibe mindestens 20 Vol.% Schleifkornagglome-rate umfasst und die Schleifkornagglomerate poröse gesinterte Agglomerate aus Schleifkorn und anorganischem Bindemittel sind. Hierzu keine Zeichnungen 23/23