Verfahren zur Herstellung von Formkörpern und nach diesem Verfahren hergestellte Formkörper
Die Erfindung betrifft Formkörper, die als Poliermaterial bei den Trommelveredelungen verwendbar sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Formkörper relativ einheitlicher Grösse und Gestalt, die häufig Schleif- und Bindematerialien enthalten.
Die mechanische Veredelungsindustrie verwendet eine grosse Vielfalt von Formkörpern, die in der Folge auch Medien genannt werden, zur Oberflächenverfeinerung und/oder zum Entgraten von Metall- und Kunststoffgegenständen. Diese Medien umfassen natürliche oder synthetische Steine, Porzellane, mit Schleifmitteln gefüllte Tone, Holz, Leder, Kunststoffe und dergleichen. Die Teile, die verfeinert oder entgratet werden sollen, werden zusammen mit dem Medium in eine Poliertrommel gegeben. Die polierenden Formkörper umgeben bzw. tragen die zu polierenden Teile, verhindern eine unerwünschte Berührung derselben untereinander und enthalten entweder selber ein Schleifmittel oder führen es zu. Unregelmässig geformte Medien, wie z. B.
natürliche Steine, können grosse Probleme in der Produktion aufwerfen, da sie in Vertiefungen verschiedener Grösse steckenbleiben, d. h. die Formstücke haben die Tendenz, in Vertiefungen, Löchern und Kanälen festzuklemmen und sich nicht weiter zu bewegen. Dementsprechend wurden Anstrengungen gemacht, ein Medium aus einheitlicheren Formstücken zu erzeugen.
Die Verfahren, die zur Herstellung geeigneter Medien angewendet wurden, umfassen das Giessen einer Gleit- oder anderen Gussmasse in eine Vielzahl von Vertiefungen, das Trockenpressen einer pulverförmigen, schleifmittelenthaltenden Masse oder das Spritzgussverformen pastenartiger Massen. Jede dieser Techniken bewirkt eine Vielzahl von Formen, die zusätzlich zu den hohen Kosten ein Problem der Formablösung mit sich bringt, und/oder erfordert eine Hochleistungsvorrichtung, bei der die Verschleissprobleme gross sind. Ein anderes Verfahren, das angewendet wird, umfasst das Auspressen und Zerschneiden einer geeigneten pastenartigen Masse. Dieses Verfahren erfordert kostspielige Apparate zur Formgebung und zum Schneiden. Diese Probleme sind um so grösser durch die grosse Anzahl der benötigten einheitlichen Stücke.
Die einzelnen Stücke wiegen gewöhnlich durchschnittlich 1-10 g und sind von einer solchen Grösse, dass 2500 bis 75 000 den Raum von 28 1 füllen. Die industriellen mechanischen Veredelungstrommeln oder Vibratoren fassen gewöhnlich 56-560 1. Die Herstellung scharfeckiger Tetraeder und Kegel war ganz besonders teuer und schwierig.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es, Formkörper herzustellen, die als Poliermaterial bei der Trommelveredelung verwendbar sind, sehr einheitliche Grösse aufweisen und mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten und zu wesentlich geringeren Kosten als die bisher verwendeten Formkörper herzustellen sind. Es wurde festgestellt, dass unter Verwendung von fliessfähigen, härtbaren Massen, die im ungehärteten Zustand eine bestimmte Viskosität aufweisen, derartige Formkörper hergestellt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, die als Poliermaterial bei der Trommelveredelung verwendbar sind, das sich dadurch auszeichnet, dass eine fliessfähige, in einen harten Zustand überführbare Masse hergestellt wird, die eine Viskosität zwischen etwa 500 und 30 000 Poise hat, mit einem Rotationsspindel-Viskosimeter bei 2 Umdrehungen/Min. gemessen, dass man Tröpfchen dieser Masse auf eine praktisch flache Oberfläche auftropft, die Masse erhärten lässt und dass die erhärteten Formkörper von der Oberfläche entfernt werden.
Zur Durchführung der Erfindung sind beliebig in einen harten Zustand überführbare Massen verwendbar, sofern sie die geforderte Viskosität aufweisen und zu dauerhaften Formkörpern erhärtet werden können. Unter dem Ausdruck in einen harten Zustand überführbare Massen werden beliebige Massen verstanden, die in diesen Zustand übergeführt werden können, unab hängig davon, ob diese Überführung durch eine Aushärtung eines organischen Bindemittels oder durch eine Überführung in den keramischen Zustand erreicht wird.
Wenn ein organisches Bindemittel anwesend ist, dann erfolgt die Härtung im allgemeinen durch eine Vernetzung desselben, d. h. die in Frage kommenden Bindemittel, Harze oder Kunststoffe gehören zur Gruppe der Duroplaste. Wie erwähnt, muss die Überführung der Masse in den harten Zustand aber nicht mit Hilfe eines Bindemittels durchgeführt werden, sondern die Masse kann auch einen durch Feuchtigkeit härtbaren keramischen Stoff oder einen in den Glaszustand überführbaren keramischen Stoff enthalten. Der Einfachheit halber werden in der Folge die in den harten Zustand überführbaren Massen als härtbare Massen bezeichnet.
Die aus diesen härtbaren Massen hergestellten Formkörper sollen vorzugsweise in einem pH-Bereich von 1,5 bis 12 beständig sein und ausserdem Drücken von mindestens 3,5 kg/cm widerstehen können.
Die Erfindung betrifft daher ferner einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Formkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er der Deformation durch Drücke von wenigstens 3,5 kg/cm2 widersteht. Vorzugsweise besitzt dieser Formkörper eine annähernd kegelförmige oder pyramidale Gestalt.
Die fliessfähigen Massen können zu keramischen Formkörpern durch Brennen härtbare oder zu organischen Formkörpern härtbare Massen sein. Die Massen können tropfenweise aus einer Vielzahl von Öffnungen auf eine geeignete, in der Hauptsache glatte Oberfläche, wie z. B. ein endloses Band, gebracht werden. Ferner hat die Erfindung es ermöglicht, im wesentlichen scharfkantige, kegelförmige oder polyedrische Formstücke wirtschaftlich, mit hoher Produktionsgeschwindigkeit und mit relativ einfachem apparativem Aufwand herzustellen.
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Apparatur, die zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formstückes, das in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt ist.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formstückes, das in Übereinstimmung mit einer Weiterentwicklung der Erfindung hergestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Formstückes, das in Übereinstimmung mit einer anderen Möglichkeit der Erfindung hergestellt ist.
Zur besonderen Erläuterung der Zeichnungen sei gesagt, dass eine fliessfähige Masse 1, die aus einem geeigneten fliessfähigen härtbaren Bindemittel und Schleifteilchen, gegebenenfalls in einem geeigneten Kessel 2 enthalten, besteht. Ein Rührer 3 dient zur Aufrechterhaltung einer guten Durchmischung der Masse. Die Masse wird durch Rohre 4 mit Hilfe einer Messpumpe 5 bis zu einem Verteiler 6 transportiert, von welchem aus es in eine Anzahl solcher Rohre 7 gelangt, die am Ende eine Öffnung haben. Die Masse wird mit einer solchen Geschwindigkeit gepumpt, dass einzelne Tropfen 8 erzeugt werden, die aus den Öffnungen herausfallen. Für den Fall kreisförmiger Öffnungen erhalten die Tropfen 8 beim Auftropfen auf ein endloses Band 9, das aus rostfreiem Stahl, Fiberglas oder ähnlichem besteht, eine charakteristische Kegelform.
Das von einem Motor 10 getriebene Band 9 befördert die kegelförmigen Teile durch eine Trockenkammer 11, die ein Ofen oder eine Trockenkammer, je nach der Art des verwendeten Bindemittels, sein kann. Die gehärteten Formen werden dann in einem Vorratsbehälter 12 gesammelt.
Formstücke, die verglasbare Keramik oder ton ähnliche Bindemittel enthalten, werden danach gebrannt, z. B.
in einem Drehofen, während solche Formen, die harzartige Bindemittel enthalten, packfertig sind.
Die zur Herstellung der Medien der vorliegenden Erfindung verwendeten Schleifmittel sind fein verteilte Substanzen, wie z. B. die bekannten Arten: Aluminiumoxyd, Siliciumcarbid, Titancarbid, Zirkoniumdioxyd und Siliciumdioxyd oder dergleichen. Die Teilchen dieser Substanzen sind oft eckig, um Schleifwirkung zu erzielen, und haben vorzugsweise eine Durchschnittsgrösse im Bereich von 1-500 Mikron. Um den Medien eine Schleif- und Schneideeigenschaft zu geben, wird die Verwendung von Massen mit 30-75 Gew.% Schleifmittelteilchen bevorzugt.
Es können verschiedene härtbare Bindemittel verwendet werden. Wie oben beschrieben, sind verglasbare Keramiken, z. B. Tone oder Glasstaub enthaltende Massen, geeignet. Für diesen Fall werden vor der Verwendung die Keramikrnassen und das Schleifmittel, falls erforderlich, mit Wasser oder einem flüchtigen organischen Bindemittel zur gewünschten Konsistenz vermischt. Die Formstücke werden nach der Formgebung getrocknet, um sie genügend zu härten, damit sie nachher in einen Drehofen gebracht werden können. Die Formstücke werden im allgemeinen bis zum Erweichungspunkt wenigstens von einigen ihrer Bestandteile, der keramischen Masse gebrannt, um einen geringen Grad an Verglasung zu erreichen. Andere geeignete erhärtbare Bindemittel schliessen den Zementtyp ein, z. B.
Portlandzement, der durch Lufttrocknung eine permanente Härtung erreicht.
Geeignete harzartige Bindemittel sind Polyester- harze und vorzugsweise Polyester-Styrol-Copolymere, Phenolharze, Epoxydharze usw. Solche harzartigen Materialien werden im allgemeinen mit den Schleifpartikeln und einem geeigneten Katalysator kurz vor der Tropfenbildung vermischt und sind entweder selbsthärtend oder die Härtung kann vervollständigt werden, indem die Formstücke durch einen erhitzten Ofen, eine Bestrahlungskammer oder ähnliches geführt werden, worin der harzartige Bestandteil polymerisiert oder vernetzt.
Die härtbaren Bindemittel, die zur Herstellung der Formstücke dieser Erfindung verwendet werden, werden hierin als dauernd härtbar definiert. Dieser hier verwendete Begriff soll in der Wärme erhärtende Harze, verglasbare Keramiken und von Feuchtigkeit zu trocknende erhärtfähige Keramiken einschliessen. Alle diese sind nach dem Härten in heissem Wasser unlöslich, sogar unter alkalischen oder sauren Bedingungen im pH Bereich von 1,5-12, und wiederstehen dauernd der Deformation bei Drücken von wenigstens etwa 3,5 kg/cm2.
Es wurde festgestellt, dass die Viskosität der Mischung, gemessen mit einem Rotationsspindel-Viskosimeter bei 2 Umdrehungen/Min., zwischen etwa 500 und 30 000 Poise liegen muss, um einzelne Tropfen herzustellen, die vor dem Trocknen und Härten des Bindemittels formstabil sind. Da die eingesetzten Materialien thixotrop und/oder pseudoplastisch sind, sind die Viskositätswerte, die über eine längere Zeitspanne oder bei höherer Umdrehungszahl gemessen sind, niedriger. An der unteren Grenze werden brauchbare Formstücke aus Mischungen mit Viskositäten von nahezu 500 Poise hergestellt, und zwar durch Austropfen durch eine Öffnung, die nicht grösser als 0,25 cm ist. Dies ist eine praktische untere Grenze für die Grösse der Formstücke.
Wenn die Viskosität der Mischung zu niedrig ist, entstehen flache, knopfähnliche Formstücke, die für die übermässig starke Vergrösserung der Kosten des Poliermittels verantwortlich sind. Anderseits werden Zusammensetzungen mit Viskositäten von mehr als 30 000 Poise nicht leicht Tröpfchen bilden, die auf einer sammelnden Oberfläche, z. B. einem Band, aufgesetzt werden können. Zusammensetzungen mit Viskositäten dieser Grössenordnung sind nur mit Öffnungen von 3,8 cm Durchmesser zu verwenden und bilden nur grosse Formstücke.
Die Verschleisseigenschaften der Formstücke werden verbessert durch Herabsetzung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen, welches für den Fall eines Kegels durch Vergrösserung des Verhältnisses von Höhe zu Durchmesser erreicht werden kann. Dennoch sind der Höhe des Kegels, der nach diesem Verfahren hergestellt wird, praktische Grenzen gesetzt, da dieses Formstück die Tendenz zum Überkippen hat und dadurch die Einheitlichkeit der Formstücke wesentlich herabsetzt. Es wurde ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser als brauchbar festgestellt, das im Bereich von etwa 0,75 bis 1,5 liegt.
Es ist klar, dass Formstücke mit nicht ebenem Boden auch unter Verwendung eines Sammelbandes mit unregelmässiger Oberfläche hergestellt werden können. In einigen Fällen kann die Unregelmässigkeit erwünscht sein, um das Steckenbleiben von Polierteilen in den Wänden der Poliertrommel durch Absaugen zu verhindern. An der Grundfläche der Formstücke kann jede beliebige Textur ausgebildet werden, indem man die Oberfläche des Bandes entsprechend mit Polstern, Rippen, Vertiefungen oder Riefen versieht. Eine zu tief gemusterte Oberfläche ist jedoch nicht erwünscht, da dann Ablöseschwierigkeiten vom Band entstehen. Mit dem Begriff hauptsächlich eben , wie er hier verwendet wird, ist eine Oberfläche gemeint, die keine Vertiefungen hat, die mehr als eine im allgemeinen ebene
Oberfläche der Formstücke bilden.
Andere als kegelförmige Teile können unter Verwendung von Öffnungen hergestellt werden, die nicht kreisförmig, sondern z. B. rechteckig, dreieckig, elliptisch oder gezackt sind oder Öffnungen mit einem anderen Querschnitt haben, um eine Vielzahl von gewünschten Formen zu erreichen. Man fand z. B., dass die Verwendung einer Öffnung, die an sich dreieckig war, aber gezackte Ränder hat, Formstücke vom allgemeinen Typ, wie er in Fig. 3 zu sehen ist, hervorbringt.
Diese hatten gute Eigenschaften zur Veredelung von Innenflächen, z. B. Löchern und Kanälen. Andere nichtkegelförmige Formstücke können durch Neigen der Oberfläche des Bandes erhalten werden, so dass Formen, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht sind, entstehen, bei denen die Oberfläche etwas mehr abgerundet ist.
Die folgenden Beispiele, in denen alle Anteile, wenn nicht anders erwähnt, Gewichtsteile bedeuten, dienen zur Erläuterung, aber nicht zur Begrenzung der Erfindung.
Beispiel 1
Durch Vermengen von 100 Teilen eines Harzsystems, das zu 36 % aus Styrol-Monomeren und zu 64 % aus ungesättigtem O-Phthalsäurepolyester besteht, mit 6 Gewichtsteilen 50 % iger Benzoylperoxydpaste als Katalysator und Zusatz von 150 Teilen 200 mesh Siliciumdioxyd entsteht ein pastenartiges Gemisch.
Einige Portionen dieser Mischung wurden mit variierenden Anteilen von feinverteiltem gebranntem Siliciumdioxyd versetzt (handelsüblich unter dem Namen Cab 0-Sil), wodurch Massen mit verschiedenen Viskositäten erhalten wurden. Diese Massen wurden langsam durch Rohre von 0,64 cm, 1,3 cm und 1,9 cm Innendurchmesser gepresst und aus einer Höhe von 5, 20 oder 41 cm auf die horizontale Oberfläche eines endlosen Bandes getropft. Die Ergebnisse und die Dimensionen der hauptsächlich kegelförmigen Stücke sind in der Tabelle I zusammengefasst. Die angegebenen Viskositäten sind mit einem Brockfield RVF Viskosimeter, Spindel Nr. 7, mit 2 Umdrehungen/Min. bei 22-230 C gemessen worden.
Tabelle I
Teile Rohr- Plättchen
Viskosität Tropfen Abmessung - Cm. Verhältnis von Höhe feinverteilten SiO2 Innendurchmesser Gewicht Form (Poise) Ht. Cm. Durchmesser Höhe zu Durchmesser je 100 Teile Harz cm g
0,9 2000 0,64 0,35 5 0,97 0,51 0,53 knofförmig
0,37 20 0,99 0,51 0,51 knopfförmig
0,38 41 1,07 0,38 0,36 knopfförmig
0,9 2000 1,3 1,47 5 1,6 0,66 0,41 knopfförmig (Top Strings Over)
1,44 20 1,7 0,71 0,42 knopfförmig
1,30 41 1,65 0,58 0,35 knopfförmig
0,9 2000 1,9 3,83 5 2,54 0,66 0,26 knopfförmig (Top Strings Over)
3,46 20 2,7 0,79 0,29 knopfförmig
3,32 41 2,54 0,63 0,25 knopfförmig
2,9 4500 0,64 0,96 5 0,86 (0,56 X 3,45) - Tränentropfen (Fell Over)
0,90 20 1,2 1,0 0,85 kegelförmig
1,04 41 1,3 0,91 0,71 kegelförmig
2,9 4500 1,3 2,52 5 1,5 (1 X 2) - (Fell Over)
1,86 20 1,6 1,04 0,65 kegelförmig
1,88 41 1,8 0,94 0,53 knopfförmig
2,9 4500 1,9 5,74 5 2,3 1,5 0,68 (Top
Strings)
5,98 20 2,54 1,45 0,57 knopfförmig
6,23 41 2,86 1,25 0,43 knopfförmig
3,8 8500 0,64 1,28 5 0,86 (0,58 X 3,3) - (Fell Over)
1,34 20 1,2 1,7 1,39 kegelförmig
1,33 41 1,35 1,4 1,04 kegelförmig
3,8 8500 1,3 4,47 5 1,52 (1,1 X 3,8) - (Fell Over)
3,81 20 1,95 1,85 0,95 kegelförmig
3,83 41 2,16 1,5 0,79 kegelförmig
3,8 8500 1,9 9,17 5 2,42 (1,73 X 3,8) - (Fell Over)
9,00 20 2,86 2,11 0,74 kegelförmig
8,77 41 3,0 1,65 0,55 knopfförmig
Beispiel 2
9,4 g Diäthylentriamin
93,8 g Siliciumcarbid, gepulvert
76,8 g flüssiges Epoxydharz (Epichlorhydrin
Bisphenol A mit einem Epoxydäquivalent von etwa 190)
Die oben angeführten Bestandteile werden innig miteinander vermischt und durch ein Rohr mit 1,27 cm Innendurchmesser gepumpt, das vertikal 20 cm über einem Band angebracht war.
Die abfallenden Tropfen bildeten kegelförmige Formstücke und waren nach dem Trocknen innerhalb von 30 Minuten bei 660 C etwa 1,3 cm hoch mit einem Durchmesser von 1,8 cm.
Beispiel 3
25 g Tennessee Ball Ton = 5
50 g Kiesel (flint) von 200 mesh
25 g Feldspat, von 200 mesh
75 ml Wasser
Diese innige homogene Mischung wurde aus einem Rohr von 1,27 cm Innendurchmesser aus 5 cm Höhe abgetropft. Die Formstücke wurden 16 Stunden lang bei 660 C getrocknet und im elektrischen Ofen zu Segerkegel 10 gebrannt. Man erhielt weisse, sehr glatte kegelförmige Stücke von 1,1 cm Höhe und 1,6 cm Durchmesser.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, die als Poliermaterial bei der Trommelveredelung verwendbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine fliessfähige, in einen harten Zustand überführbare Masse hergestellt wird, die eine Viskosität zwischen 500 und 30 000 Poise hat, mit einem Rotationsspindel-Viskosimeter bei 2 Umdrehungen/Min. gemessen, dass man Tröpfchen dieser Masse auf eine praktisch flache Oberfläche auftropft, die Masse erhärten lässt, und dass die erhärteten Formkörper von der Oberfläche entfernt werden.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse in den Glaszustand über führbare Keramik enthält, dass das Härten durch Trocknen der keramischen Masse durchgeführt wird und dass die Formstücke weiter durch Brennen in einem Ofen gehärtet werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse ein härtbares organisches harzartiges Material enthält, dass das Härten durch Hindurchführen der Formstücke durch eine Kammer geschieht, deren Umgebung das Material beschleunigt polymerisiert.
3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse Schleifteilchen enthält.
4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse Schleifteilchen enthält.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die fliessfähige Masse aus etwa 30 bis 75% anorganischer Schleifteilchen und einem härtbaren fliessfähigen Bindematerial besteht und dass diese Masse tropfenweise aus einer Öffnung läuft, dass diese Tropfen auf ein in der Hauptsache glattes Fliessband fallen und einzelne härtbare Formstücke bilden, dass die Formstücke auf diesem Band durch eine Härtungszone geführt werden, in der sie erhärten, und dass die Formstücke von diesem Band gesammelt werden.
6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung eine maximale Grösse von etwa 0,25 cm bis 3,8 cm hat.
7. Verfahren nach Unteranspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifmittelteilchen aus folgender Gruppe gewählt sind: Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd, Siliciumcarbid, Titancarbid und Siliciumdioxyd mit der durchschnittlichen Teilchengrösse von etwa 1 bis 500 Mikron.
PATENTANSPRUCH II
Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I hergestellter Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er der Deformation durch Drücke von wenigstens 3,5 kg/ cm9 widersteht.