CH701596A1

CH701596A1 - Abrichtwerkzeug.

Info

Publication number: CH701596A1
Application number: CH01243/09A
Authority: CH
Inventors: Peter Beyer
Original assignee: Meister Abrasives Ag
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-15
Also published as: DE102010025677A1; US20110039479A1; CH701596B1

Abstract

Ein Abrichtwerkzeug (100, 200, 300, 400, 500) zum Konditionieren von Schleifkörpern, insbesondere von keramisch gebundenen Schleifkörpern, wobei das Abrichtwerkzeug (100, 200, 300, 400, 500) einen Grundkörper umfasst, welcher einen selbsttragenden und einen Arbeitsbereich des Abrichtwerkzeugs definierenden Funktionsbelag (120, 220, 320, 420, 520) trägt, wobei der Funktionsbelag (120, 220, 320, 420, 520) eine gleichmässig mit Hartstoffkörnern (122, 222, 322, 422, 522) durchsetzte poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass in der porösen Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) zusätzlich eingebettete Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) aus einem Hartstoffmaterial zur Stabilisierung des Funktionsbelags (120, 220, 320, 420, 520) vorliegen.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Abrichtwerkzeug zum Konditionieren von Schleifkörpern, insbesondere von keramisch gebundenen Schleifkörpern, wobei das Abrichtwerkzeug einen Grundkörper umfasst, welcher einen selbsttragenden und einen Arbeitsbereich des Abrichtwerkzeugs definierenden Funktionsbelag trägt, wobei der Funktionsbelag eine gleichmässig mit Hartstoffkörnern durchsetzte poröse Bindungsmatrix umfasst. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines Abrichtwerkzeugs.

Stand der Technik

[0002] Schleifwerkzeuge bzw. Schleifkörper nutzen sich im Betrieb je nach Schleifverfahren und Materialpaarung mit der Zeit ab und müssen daher in gewissen Intervallen mit einem Abrichtwerkzeug profiliert und geschärft werden. Unter Profilieren versteht man insbesondere das Formen eines Schleifkörpers, d.h. das Erzeugen eines definierten Werkzeugprofils. Dabei wird beispielsweise die Schleifbelaggeometrie in eine vorgeschriebene Form gebracht, sowie Plan- und Rundlauffehler korrigiert. Beim Schärfen wird eine definierte Mikrotopographie erzeugt, d.h. die Schleifkörper werden insbesondere von Verunreinigungen sowie stumpfen Schleifkörnern befreit, so dass scharfe Schleifkörner freigelegt und somit ausreichende Kornüberstände erzeugt werden. Je nach Material der Schleifkörper erfolgt das Profilieren gleichzeitig mit dem Schärfen (beispielsweise bei keramisch gebundenen Schleifkörpern), oder es wird nach dem Profilieren ein zusätzlicher Schärfprozess (z.B. bei Schleifkörpern mit Metall- oder Kunstharzbindung) durchgeführt.

[0003] Zum Abrichten von Schleifkörpern, beispielsweise keramisch gebundenen Schleifkörpern mit kubischem Bornitrid (CBN), werden üblicherweise galvanisch belegte oder metallgebundene Diamantabrichtwerkzeuge eingesetzt. Bei galvanisch gebundenen Diamantabrichtwerkzeugen wird ein Grundkörper in einem Arbeitsbereich mit einer Lage aus Diamantkörnern belegt, welche anschliessend durch einen galvanischen Überzug, beispielsweise aus Nickelmetall, an der Oberfläche des Grundkörpers befestigt werden. Derartige Diamantabrichtwerkzeuge weisen zwar eine relativ hohe Verschleissbeständigkeit auf, können aber aufgrund der einschichtigen Belegung bei Abnutzung des Diamant-Monolayers nicht nachgearbeitet werden und müssen daher regelmässig in einem kosten- und zeitintensiven Prozess abgenickelt und neu belegt werden.

[0004] Bei metallgebundenen Diamantabrichtwerkzeugen sind die Diamantkörner mehrlagig in einer auf dem Grundkörper angeordneten Metallmatrix dispergiert. Abrichtwerkzeuge dieses Typs weisen ebenfalls eine relativ hohe Verschleissbeständigkeit auf und können nachprofiliert und geschärft werden. Insbesondere metallgebundene Diamantabrichtwerkzeuge können am Schleifkörper jedoch Oberflächentopographien erzeugen, welche beim späteren Einsatz im Schleifprozess oftmals ein unerwünschtes Einlaufverhalten bezüglich der Oberflächenrauhigkeit am zu bearbeiteten Werkstück hervorrufen. Die Profilhaltigkeit ist zudem beschränkt und derartige Abrichtwerkzeuge müssen somit relativ häufig nachprofiliert und noch häufiger nachgeschärft werden, was wiederum kosten- und zeitintensiv ist.

[0005] Als mögliche Alternativen zu galvanisch belegten oder metallgebundenen Diamantabrichtwerkzeugen wurden auch Diamantabrichtwerkzeuge mit keramischer Bindung vorgeschlagen. Aus der Zeitschrift IDR (Industrie Diamanten Rundschau; Ausgabe 39 (2005); Seiten 38-42) sind beispielsweise keramisch gebundene Abrichtwerkzeuge für Schleifwerkzeuge aus kubischem Bornitrid (CBN) bekannt, welche einen Funktionsbelag mit Diamantkörnern in einer porösen Bindematrix aufweisen. Die heute verfügbaren keramisch gebundenen Abrichtwerkzeuge vermögen jedoch in der Regel insbesondere bezüglich Standzeit und Profilhaltigkeit nicht vollständig zu befriedigen, um wirtschaftlich im Serieneinsatz Verwendung zu finden.

[0006] Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach einem verbesserten Abrichtwerkzeug, welches insbesondere für das Konditionieren bzw. Abrichten von keramisch gebundenen Schleifkörpern, beispielsweise keramisch gebundenen Schleifkörpern mit kubischem Bornitrid (CBN), optimiert ist.

Darstellung der Erfindung

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Abrichtwerkzeug zu schaffen, welches wiederholt konditionierbar ist und bei verbesserter Profilhaltigkeit zusätzlich die Erzeugung von optimierten Oberflächentopographien am zu bearbeitenden Schleifkörper ermöglicht.

[0008] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung liegen in der porösen Bindungsmatrix zusätzlich eingebettete Armierungselemente aus einem Hartstoffmaterial zur Stabilisierung des Funktionsbelags vor.

[0009] Der Funktionsbelag des erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs ist insbesondere selbsttragend ausgeführt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Funktionsbelag insbesondere unabhängig vom Grundkörper mechanisch stabil ist. Grundsätzlich wäre es daher denkbar, beim erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug auf einen den Funktionsbelag tragenden Grundkörper zu verzichten. Dies ist jedoch aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen wenig sinnvoll. Der selbsttragende Funktionsbelag unterscheidet sich von einer Beschichtung, wie sie beispielsweise bei galvanisch belegten Abrichtscheiben vorhanden ist, bei gleicher Kontaktfläche zwischen Grundkörper und Beschichtung respektive Funktionsbelag insbesondere durch einen voluminöseren und mit Poren durchsetzten Aufbau.

[0010] Unter einem Hartstoff oder Hartstoffmaterial werden im vorliegenden Zusammenhang insbesondere Substanzen mit einer Mohshärte von wenigstens 8.5, insbesondere wenigstens 9.5, verstanden. Bevorzugte Beispiele sind Diamant, diamantbasierte Kompositmaterialien und/oder kubisch kristallines Bornitrid (CBN). Es sind grundsätzlich aber auch andere Substanzen als Hartstoffe denkbar, wie z.B. Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Borcarbid, Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Titancarbid, Titannitrid und/oder Zirkondioxid.

[0011] Unter Armierungselementen sind vorliegend insbesondere geformte Elemente aus einem Harststoffmaterial zu verstehen. Die Armierungselemente weisen gegenüber den Hartstoffkörnern in der Bindungsmatrix insbesondere unterschiedliche geometrische Formen und Grössen auf.

[0012] Wie sich gezeigt hat, ergibt sich aus der Kombination einer mit Hartstoffkörnern durchsetzten porösen Bindematrix und darin angeordneten Armierungselementen aus einem Hartstoffmaterial ein besonders vorteilhafter Funktionsbelag für Abrichtwerkzeuge. Ein derartiger Funktionsbelag zeigt insbesondere sehr gute freischneidende Eigenschaften. Schleifkörper, welche durch die erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuge bearbeitet werden, weisen kaum ein nennenswertes Einlaufverhalten auf. Letzteres ist insbesondere auf eine optimale Oberflächenrauhigkeit der mit den erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugen bearbeiteten Schleifkörper zurückzuführen.

[0013] Zudem ist es bei geeigneter Ausgestaltung der erfindungsgemässen Funktionsbeläge möglich, einen Selbstschärfeeffekt zu erzielen, so dass sich Verschleiss und Abrichteigenschaften beim Bearbeiten eines Schleifkörpers konstant halten. Daraus ergibt sich insbesondere eine verbesserte Profilhaltigkeit bzw. eine Abrichtwerkzeugkontur bleibt über relativ lange Zeit konstant. Mit anderen Worten zeigen die erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuge eine stark reduzierte Verrundungsanfälligkeit. Damit ist das Intervall zur Nachprofilierung des Abrichtwerkzeuges selbst gegenüber herkömmlichen Abrichtwerkzeugen signifikant verlängert.

[0014] Prinzipiell ermöglicht die Auslegung des erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuges eine mehrmalige Nacharbeit zur Wiederherstellung der Profiltreue. Dieses ist ohne eine wirtschaftlich ungünstige Neubelegung, wie bei herkömmlichen Abrichtwerkzeugen, seitens des Herstellers oder bei entsprechender Einrichtung sogar durch den Kunden selbst möglich.

[0015] Die erfindungsgemässe Kombination der mit Hartstoffkörnern durchsetzten porösen Bindungsmatrix und der Armierungselemente aus Hartstoffmaterial ergibt zudem eine effiziente Wärmeabfuhr der beim Abrichten eines Schleifkörpers entstehenden Wärme. Dies schont sowohl das Abrichtwerkzeug als auch den Schleifkörper.

[0016] Wie sich gezeigt hat, ist es mit dem erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug auch möglich, Schleifkörper mit relativ grossen Durchmessern abzurichten und dies auch bei hochgenauem CNC-gesteuertem Abrichten mit Punktberührung zwischen Abrichtwerkzeug und Schleifkörper. Damit lassen sich die erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuge für verschiedenste Anwendungen flexibler einsetzen.

[0017] Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug bei verbesserter Profilhaltigkeit die Erzeugung von optimierten Oberflächentopographien am zu bearbeitenden Schleifkörper und gleichzeitig ist das erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug mehrmals konditionierbar. Aufgrund der erfindungsgemässen Ausgestaltung des Abrichtwerkzeugs lassen sich insbesondere Zeit und Kosten beim Abrichten von Schleifkörpern einsparen.

[0018] Mit Vorteil weist die poröse Bindungsmatrix ein Porenvolumen von 10-80 %, bevorzugt 30-50 %, weiter bevorzugt 35-45 %, auf. In Kombination mit den erfindungsgemässen Armierungselementen lassen sich dadurch die freischneidenden Eigenschaften und die Oberflächentopographien von Schleifkörpern, welche durch die erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuge bearbeitet werden, optimieren.

[0019] Es ist aber grundsätzlich auch möglich, ein Porenvolumen von weniger als 10 % oder von mehr als 80 % vorzusehen. In diesen Fällen können jedoch die freischneidenden Eigenschaften oder die Oberflächentopographien der durch die erfindungsgemässen Abrichtwerkzeuge bearbeiteten Schleifkörper vermindert werden.

[0020] Insbesondere umfasst die poröse Bindungsmatrix einen oxidischen anorganischen Werkstoff, wobei bevorzugt der oxidische anorganische Werkstoff Al2O3, ZrO2, SiO2, Fe2O3 und/oder ZnO beinhaltet. Es kann auch vorteilhaft sein, die poröse Bindungsmatrix in Form einer Mischung von unterschiedlichen oxidischen anorganischen Werkstoffen auszubilden. In einer vorteilhaften Variante besteht die poröse Bindungsmatrix ausschliesslich aus einem oder mehreren oxidisch anorganischen Werkstoffen. Oxidisch anorganische Werkstoffe, und insbesondere die vorstehend genannten Vertreter, haben sich als besonders zweckmässig erwiesen, da sie eine relativ hohe Stabilität aufweisen und gegenüber einer Vielzahl von Materialien auch bei erhöhten Temperaturen chemisch relativ inert sind. Gleichzeitig lassen sich mit derartigen Werkstoffen in ökonomischer Art und Weise mit Hartstoffkörnern, insbesondere Diamantkörnern, durchsetzte poröse Bindungsmatrizen realisieren. Dabei lässt sich einerseits das Porenvolumen gut kontrollieren und andererseits wird eine effektive Einbettung der Armierungselemente ermöglicht.

[0021] Die poröse Bindungsmatrix besteht jedoch nicht zwingend aus einem oxidisch anorganischen Werkstoff. Je nach Verwendungszweck kann es auch vorteilhaft sein, wenn die poröse Bindungsmatrix einen nichtoxidischen anorganischen Werkstoff umfasst, wobei es sich insbesondere um ein Carbid und/oder eine Nitrid handelt und wobei besonders bevorzugt der nichtoxidische anorganische Werkstoff SiC, B4C, Si3N4, TiC, Fe3C, TiN und/oder WC beinhaltet. Insbesondere kann die poröse Bindungsmatrix auch ausschliesslich aus dem nichtoxidischen anorganischen Werkstoff bestehen. Damit kann das Spektrum der Werkstoffe für die Bindungsmatrix erweitert und besonderen Anforderungen angepasst werden. Carbide und Nitride als nichtoxidischen anorganische Werkstoff haben sich dabei als besonders geeignet herausgestellt, da damit wie bei den oxidisch anorganischen Werkstoffen in ökonomischer Art und Weise mit Hartstoffkörnern, insbesondere Diamantkörnern, durchsetzte poröse Bindungsmatrizen hergestellt werden können. Auch in diesem Fall lässt sich das Porenvolumen gut kontrollieren und eine effektive Einbettung der Armierungselemente realisieren.

[0022] Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die poröse Bindungsmatrix aus einer Kombination eines oxidischen anorganischen Werkstoffs und eines nichtoxidischen anorganischen Werkstoffs zu fertigen. Beim oxidischen anorganischen Werkstoff und beim nichtoxidischen anorganischen Werkstoff handelt es ich mit Vorteil um einen oder mehrere der vorstehend genannten Vertreter. Damit lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Bindungsmatrix noch gezielter an spezifische Anforderungen anpassen. Wie sich gezeigt hat, ist es auch bei einer Kombination eines oxidischen anorganischen Werkstoffs und eines nichtoxidischen anorganischen Werkstoffs möglich, mit Hartstoffkörnern versetzte poröse Matrizen zu realisieren und die Armierungselemente effektiv einzubetten.

[0023] Es ist aber grundsätzlich auch möglich, andere Werkstoffe für die Bindungsmatrix vorzusehen. Dabei können jedoch unter Umständen die vorstehend beschriebenen Vorteile entfallen.

[0024] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält die poröse Bindungsmatrix eine metallische Phase und/oder eine intermetallische Phase, wobei bevorzugt die metallische Phase und/oder die intermetallische Phase Cu, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ag, Cr, V, Zr, Mn und/oder Al als Metalle beinhaltet. Unter einer intermetallischen Phase wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine im Wesentlichen homogene Verbindung aus zwei oder mehr Metallen verstanden, wobei sich eine Gitterstruktur der intermetallischen Phase im Speziellen von den Gitterstrukturen der konstituierenden Metalle unterscheidet.

[0025] Aufgrund der metallischen Phase und/oder der intermetallischen Phase kann insbesondere die Benetzung und Adhäsion zwischen Bindungsmatrix und Armierungselementen verbessert werden. Gleichzeitig können die Kornhaltekräfte zwischen den Hartstoffkörnern und der Bindungsmatrix erhöht werden, insgesamt lässt sich somit der Funktionsbelag durch eine Bindungsmatrix mit einer metallischen Phase und/oder der intermetallischen Phase in mechanischer Hinsicht optimieren, ohne dass die Verschleissbeständigkeit des Funktionsbelags gegenüber herkömmlichen Abrichtwerkzeugen vermindert würde. Dies gilt insbesondere in Kombination mit einem oder mehreren der vorstehend genannten oxidischen anorganischen Werkstoffen und/oder nichtoxidischen anorganischen Werkstoffen.

[0026] Eine poröse Bindungsmatrix mit einer metallischen Phase und/oder der intermetallischen Phase ist jedoch nicht zwingend notwendig. Es ist auch möglich, in der porösen Bindungsmatrix anstelle der metallischen Phase und/oder der intermetallischen Phase andere Zusätze vorzusehen oder ganz auf die metallische Phase und/oder die intermetallischen Phase zu verzichten.

[0027] Insbesondere weist die metallische Phase und/oder die intermetallische Phase in der porösen Bindungsmatrix einen Volumenanteil von 5-60% auf. Derartige Volumenanteile haben sich im Hinblick auf die mechanische Optimierung der porösen Bindungsmatrix als besonders vorteilhaft erwiesen.

[0028] Grundsätzlich sind jedoch auch geringere Volumenanteile als 5% oder grössere Volumenanteile als 60% möglich. Die mit der metallischen Phase und/oder der intermetallischen Phase verbundenen positiven Effekte reduzieren sich jedoch unter Umständen.

[0029] Mit Vorteil weist die poröse Bindungsmatrix eine offene Porenstruktur auf. Unter einer offenen Porenstruktur wird dabei insbesondere eine Struktur der porösen Bindungsmatrix verstanden, bei welcher benachbarte Poren in der Bindungsmatrix wenigstens teilweise miteinander kommunizieren. Damit können insbesondere die freischneidenden Eigenschaften des Funktionsbelags verbessert werden.

[0030] Es ist aber grundsätzlich auch möglich, eine geschlossene Porenstruktur oder eine Mischung aus einer geschlossenen und einer offenen Porenstruktur vorzusehen.

[0031] Besonders vorteilhaft ist der Funktionsbelag durch einen Sinterprozess hergestellt. Bei derartig hergestellten Funktionsbelägen lassen sich insbesondere ein guter Zusammenhalt der Bindungsmatrix, hohe Kornhaltekräfte zwischen den Hartstoffkörnern und der Bindungsmatrix und eine effektive Einbettung der Armierungselemente realisieren.

[0032] Zudem gestattet der Sinterprozess eine besonders wirtschaftliche Herstellung des Funktionsbelags, wobei gleichzeitig eine ausreichende Genauigkeit bei der Kontrolle des Porenvolumens in der Bindungsmatrix ermöglicht wird.

[0033] Grundsätzlich lässt sich der Funktionsbelag aber auch durch andere dem Fachmann bekannte Herstellungsverfahren herstellen.

[0034] Eine Korngrösse der Hartstoffkörner beträgt insbesondere 20-600 µm, bevorzugt 80-100 µm. Hartstoffkörner mit diesen Korngrössen lassen sich stabil in die Bindungsmatrix einbetten und ergeben insbesondere im Zusammenspiel mit den vorstehend beschriebenen Werkstoffen und den Armierungselementen einen robusten Funktionsbelag, welcher zudem gute freischneidende Eigenschaften aufweist. Als optimal haben sich dabei Korngrössen von 80-100 µm herausgestellt.

[0035] Es ist prinzipiell aber auch möglich, geringere Korngrössen als 20 µm oder grössere Korngrössen als 600 µm vorzusehen. Damit entfallen jedoch unter Umständen die vorstehend erwähnten Vorteile.

[0036] Mit Vorteil liegen die Hartstoffkörner in Form von Diamantkörnern vor, wobei bevorzugt ein Volumenanteil der Diamantkörner 30-40% beträgt. Diamantkörner eignen sich aufgrund ihrer herausragenden Härte, mechanischen Robustheit und relativ hohen chemischen Inertheit.

[0037] Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, zusätzlich oder anstelle von Hartstoffkörnern aus Diamant andere Hartstoffkörner aus anderen Hartstoffmaterialen vorzusehen.

[0038] Ein Volumenanteil von 30-40% hat sich insbesondere in Kombination mit den vorstehend genannten Werkstoffen für die Bindungsmatrix und einem Porenvolumen von 10-80%, bevorzugt 30-50%, weiter bevorzugt 35-45%, als geeignet erwiesen.

[0039] Der Volumenanteil der Diamantkörner kann aber auch geringer als 30% betragen, was jedoch unter Umständen die Abrichtleistung reduziert. Grössere Volumenanteile als 40% bringen kaum einen Zusatznutzen und sind insbesondere wenig wirtschaftlich.

[0040] Wie sich herausgestellt hat, entspricht eine minimale Dicke des Funktionsbelags bevorzugt wenigstens fünf Mal, besonders bevorzugt wenigsten zehn Mal, einem mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörnern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die minimale Dicke des Funktionsbelags wenigstens dreissig Mal dem mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörner. Unter dem mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörner ist dabei insbesondere der Mittelwert über sämtliche Korndurchmesser der im Funktionsbelag enthaltenen Hartstoffkörner zu verstehen. Die Dicke des Funktionsbelags wird insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Kontaktfläche des Funktionsbelags mit dem Grundkörper gemessen. Bei einem rotationssymmetrischen Grundkörper wird die Dicke insbesondere in radialer Richtung gemessen. Die genannte minimale Dicke ermöglicht einerseits ein mehrmaliges Nachschleifen des erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs. Andererseits hat sich gezeigt, dass der Funktionsbelag, insbesondere in Kombination mit den Armierungselementen, eine besonders hohe Verschleissfestigkeit bei gleichzeitig guten Schneideigenschaften aufweist.

[0041] Es können grundsätzlich aber auch geringere Dicken vorgesehen werden, wobei sich allerdings die Möglichkeiten des Nachschleifens reduzieren und allenfalls die Verschleissfestigkeit abnimmt.

[0042] Die Armierungselemente liegen bevorzugt als längliche und/oder quaderförmige Stäbchen vor, wobei bevorzugt ein Verhältnis einer Länge des quaderförmigen Stäbchens zu einer Dicke und/oder einer Breite des quaderförmigen Stäbchens einen Wert von 2-7 aufweist. Die Stäbchen können insbesondere in einem endseitigen Bereich abgerundet und/oder eine an einen Kantenverlauf und/oder eine Form einer Seitenfläche des Funktionsbelags angepasste Form aufweisen. Damit lassen sich die Stäbchen beispielsweise direkt an einen Kantenbereich und/oder eine Seitenfläche des Funktionsbelags angrenzend anordnen, was diese besonders exponierten Bereiche des Funktionsbelags bestmöglich verstärkt.

[0043] Eine maximale Länge der Armierungselemente ist in einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens gleich der halben Dicke des Funktionsbelags. Die Dicke des Funktionsbelags wird dabei, wie bereits vorstehend erwähnt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu einer Kontaktfläche zwischen dem Grundkörper und dem Funktionsbelag gemessen. Die Armierungselemente sind bevorzugt senkrecht zu einer Kontaktfläche zwischen dem Grundkörper und dem Funktionsbelag angeordnet.

[0044] Besonders vorteilhaft weisen die Armierungselemente eine maximale Länge auf, welche wenigstens zwei Mal so gross, bevorzugt fünf Mal so gross, ist, wie ein mittlerer Korndurchmesser der in der Bindungsmatrix vorliegenden Hartstoffkörner.

[0045] Mit derartig ausgebildeten Armierungselementen kann die Stabilität und Profilhaltigkeit des Funktionsbelags, insbesondere im Zusammenspiel mit den vorstehend beschriebenen Porenvolumen und Werkstoffen, in besonders wirtschaftlicher Weise signifikant verbessert werden.

[0046] Je nach Anwendung kann es unter Umständen aber auch vorteilhaft sein, andere Ausgestaltungen oder Anordnungen der Armierungselemente vorzusehen. Denkbar sind prinzipiell z. B. Armierungselemente in Form von dünnen Plättchen mit drei, vier oder noch mehr Ecken, wobei einzelne oder sämtliche Ecken auch abgerundet ausgebildet sein können. Auch abgerundeten Partikel, z. B. halbkugelförmige und/oder kugelförmige Partikel, können grundsätzlich als Armierungselemente eingesetzt werden. Die Armierungselemente können dabei auch schräg oder parallel zur Kontaktfläche zwischen Grundkörper und Funktionsbelag angeordnet sein.

[0047] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bestehen die Armierungselemente bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus Diamant. Dadurch wird eine besonders hohe Verstärkung und Profilhaltigkeit des Funktionsbelags erreicht. Es sind aber auch andere Materialien als Diamant denkbar.

[0048] So können die Armierungselemente insbesondere auch aus einem Kompositmaterial bestehen, wobei insbesondere das Kompositmaterial Diamant und eine metallische Phase enthält. Bevorzugt weist der Diamant im Kompositmaterial einen Gewichtsanteil von 80-90% und die metallische Phase einen Gewichtsanteil von 10-20% auf.

[0049] Solche Armierungselemente können z.B. je nach Zusammensetzung und Aufbau der Bindungsmatrix bei der Einbettung in der Bindungsmatrix Vorteile mit sich bringen und/oder die Stabilität des Funktionsbelags verbessern.

[0050] Das Kompositmaterial kann aber auch anders zusammengesetzt sein und grundsätzlich sind auch Armierungselemente ohne Diamant, z.B. aus kubischem Bornitrid, möglich.

[0051] Es kann auch vorteilhaft sein, unterschiedliche Armierungselemente aus verschiedenen Materialien vorzusehen. So können z.B. Armierungselemente, welche bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus Diamant bestehen, mit Armierungselemente aus einem Kompositmaterial, z.B. aus Diamant und einer metallische Phase, kombiniert werden.

[0052] Besonders bevorzugt sind die Armierungselemente an eine Kante und/oder an eine Seitenfläche des Funktionsbelags angrenzend angeordnet. Dadurch werden die während dem Abrichten besonders exponierten Stellen des Funktionsbelags bzw. des Abrichtwerkzeugs optimal verstärkt. Die Armierungselemente sind dabei insbesondere an einen Kantenverlauf und/oder eine Form der Seitenfläche angeformt.

[0053] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper bezüglich einer Drehachse rotationssymmetrisch ausgebildet und liegt insbesondere als Scheibe, Ring und/oder in Topfform vor. Damit lässt sich das erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug für die rotierende Bearbeitung von Schleifkörpern verwenden, was eine besonders effektive Variante des Abrichtens darstellt. Der Grundkörper besteht mit Vorteil aus einem Metall, wie z. B. rostfreier Stahl. Die Verwendung von Grundkörpern aus rostfreiem Stahl ergibt eine hohe Festigkeit und chemische Inertheit gegenüber einer Vielzahl von Kühlschmiermitteln.

[0054] Bei einer Scheibe als Grundkörper wird der Funktionsbelag insbesondere auf einem Aussenmantel der Scheibe angebracht. Es ist aber auch möglich den Funktionsbelag zusätzlich oder anstelle der Anbringung auf dem Aussenmantel in stirnseitigen Bereichen der Scheibe anzuordnen.

[0055] Bei einem Grundkörper in Form eines Rings kann der Funktionsbelag grundsätzlich auf einem Aussenmantel und/oder einem Innenmantel des Rings vorliegen. Ebenso ist es möglich den Funktionsbelag zusätzlich oder anstelle der Anbringung auf dem Aussenmantel auf stirnseitigen Bereichen des Rings anzuordnen.

[0056] Bei topfförmigen Grundkörpern kann der Funktionsbelag beispielsweise auf einer Aussenfläche und/oder einer Innenfläche des topfförmigen Grundkörpers vorliegen.

[0057] Die Armierungselemente sind mit ihren Längsmittelachsen bevorzugt in radialer Richtung des Grundkörpers angeordnet. Durch die Ausrichtung der Armierungselemente wird mit einer minimalen Anzahl von Armierungselementen eine optimale Profilhaltigkeit und Verschleissfestigkeit des Funktionsbelags erreicht, was die Herstellungskosten reduziert. Dies speziell bei der Verwendung mit Armierungselementen in Form von länglichen und/oder quaderförmigen Stäbchen.

[0058] Prinzipiell können die Armierungselemente jedoch auch schräg und/oder senkrecht zur radialen Richtung des Grundkörpers angeordnet werden. Es ist dabei auch möglich verschiedene Armierungselemente im Funktionsbelag mit ihren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Richtungen auszurichten.

[0059] In einer weiteren bevorzugten Variante sind die Armierungselemente mit Vorteil zusätzlich im Grundkörper verankert. Dadurch kann die Verbindung zwischen Funktionsbelag und Grundkörper zusätzlich verbessert werden, was der Profilhaltigkeit und Verschleissbeständigkeit des erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs zu Gute kommt. Die Armierungselemente können dabei beispielsweise in Löchern, Nuten und/oder Aussparungen im Grundkörper vorliegen und weisen so insbesondere eine hochpräzise Lage relativ zum Grundkörper auf.

[0060] Es ist jedoch auch möglich die Armierungselemente lediglich im Funktionsbelag vorzusehen. Dadurch lässt sich beispielsweise die Länge der Armierungselemente reduzieren, was die Herstellungskosten reduziert.

[0061] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0062] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>Eine Aufsicht auf die Stirnseite eines ersten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem durch Armierungselemente verstärkten Funktionsbelags; <tb>Fig. 2<sep>Ein Querschnitt durch das Abrichtwerkzeug aus Fig. 1 entlang der Linie A-A; <tb>Fig. 3<sep>Eine Detailansicht von Fig. 2(Bereich des gestrichelten Kreises in Fig. 2), welche den Randbereich des Grundkörpers des Abrichtwerkzeugs aus Fig. 1 ohne Funktionsbelag zeigt; <tb>Fig. 4<sep>Eine Detailansicht von Fig. 2(Bereich des gestrichelten Kreises in Fig. 2), welche den Randbereich des Abrichtwerkzeugs aus Fig. 1mit Funktionsbelag zeigt; <tb>Fig. 5<sep>Eine Aufsicht auf die Stirnseite eines zweiten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem durch Armierungselemente verstärkten Funktionsbelags; <tb>Fig. 6<sep>Ein Querschnitt durch das Abrichtwerkzeug aus Fig. 5 entlang der Linie B-B; <tb>Fig. 7<sep>Eine Detailansicht von Fig. 6(Bereich des gestrichelten Kreises in Fig. 6), welche den Randbereichs des Abrichtwerkzeugs aus Fig. 5zeigt; <tb>Fig. 8<sep>Ein Querschnitt durch das Abrichtwerkzeug aus Fig. 5 entlang der Linie C-C; <tb>Fig. 9<sep>Eine Aufsicht auf die Stirnseite eines dritten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem durch Armierungselemente verstärkten Funktionsbelags; <tb>Fig. 10<sep>Ein Querschnitt durch das Abrichtwerkzeug aus Fig. 9 entlang der Linie D-D; <tb>Fig. 11<sep>Eine Detailansicht von Fig. 10(Bereich des gestrichelten Kreises in Fig. 10), welche den Randbereich des Abrichtwerkzeugs aus Fig. 9zeigt; <tb>Fig. 12<sep>Eine Detailansicht des Randbereichs eines vierten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs im Querschnitt; <tb>Fig. 13<sep>Eine Detailansicht des Randbereichs eines fünften erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs im Querschnitt.

[0063] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0064] Ein erstes erfindungsgemässes Abrichtwerkzeugs 100 ist in den Fig. 1-4 dargestellt. Dieses verfügt über einen Grundkörper 110 aus rostfreiem Stahl, welcher als kegelstumpfförmige Scheibe mit einer grossen kreisförmigen Stirnseite 111 sowie einer planparallel dazu angeordneten kleinen kreisförmigen Stirnseite 112 (in Fig. 1von der grösseren Stirnseite 111 verdeckt) ausgebildet ist. Ein Durchmesser des Grundkörpers 100 misst beispielsweise ca. 100 mm. Die beiden kreisförmigen Stirnseiten 111, 112 sind über eine im Wesentlichen konisch ausgebildete Mantelfläche 113 (siehe Fig. 2) verbunden. Der Grundkörper 110 bzw. die kegelstumpfförmige Scheibe sind rotationssymmetrisch bezüglich einer senkrecht zu den beiden Stirnseiten 111, 112 stehenden Drehachse 116 oder Längsmittelachse des Grundkörpers 110 ausgebildet.

[0065] Entlang der Drehachse 116 erstreckt sich eine zentrale zylindrische Bohrung 115 durchgehend von der grossen Stirnseite 111 zur kleinen Stirnseite 112. Die zentrale Bohrung 115 dient insbesondere zur Aufnahme einer Antriebsachse einer Werkzeugmaschine. Rings um die zentrale Bohrung 115 sind mehrere zylindrische Befestigungsbohrungen 117 in regelmässigen Abständen auf einem zur zentralen Bohrung 115 oder zur Drehachse 116 konzentrischen Kreis angeordnet. Die Befestigungsbohrungen 117 dienen dazu, den Grundkörper beispielsweise mit Befestigungsschrauben in einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Ein Durchmesser der Befestigungsbohrungen 117 ist in einem der grossen Stirnseite 111 zugewandten Abschnitt stufenartig aufgeweitet, so dass Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben unterhalb einer Ebene der grossen Stirnseite 111 im Grundkörper 110 platziert werden können.

[0066] In Fig. 3 ist die Ausgestaltung des Grundkörpers 110 im Randbereich bzw. im Bereich der Mantelfläche 113 vergrössert dargestellt (Bereich des gestrichelten Kreis in Fig. 2), wobei zur Verdeutlichung der Ausgestaltung des Grundkörpers 110 die weiteren vorhandenen und unten weiter beschriebenen Elemente des ersten Abrichtwerkzeugs 100 nicht dargestellt sind. Eine der Fig. 3entsprechende Darstellungen mit dem weiteren Elemente sind in Fig. 4gegeben.

[0067] In einem an die grössere Stirnseite 111 angrenzenden Bereich der Mantelfläche 113 ist eine den Grundkörper vollständig umlaufende Nut 118 in den Grundkörper eingebracht. Die umlaufende Nut 118 weist dabei ein rechteckförmiges Profil auf und ist in radialer Richtung des Grundkörpers 110 sowie zur grossen Stirnseite 11 hin offen. In der umlaufenden Nut 118 sind in regelmässigen Abständen mehrere quaderförmige Vertiefungen 119 in radialer Richtung in den Grundkörper 110 eingebracht. Die quaderförmigen Vertiefungen 119 weisen in radialer Richtung z. B. eine Tiefe von 0.5 -2 mm auf.

[0068] In der umlaufenden Nut 118 ist ein ringförmiger Funktionsbelag 120 mit rechteckförmigem Querschnitt angeordnet. Der Funktionsbelag 120 ragt in radialer Richtung aus der Nut 118 heraus und ist mit der grossen Stirnseite 111 des Grundkörpers 110 in etwa bündig.

[0069] Der Funktionsbelag 120 besteht aus einer porösen Matrix 121 mit einer Vielzahl von darin dispergierten Hartstoffkörnern 122. Die poröse Matrix 121 weist z. B. ein Porenvolumen von 40% auf und besteht beispielsweise aus Al2O3mit einer metallischen Phase aus z.B. Cu, welche bezogen auf die poröse Matrix 121 einen Volumenanteil von beispielsweise 30% aufweist. Die Hartstoffkörner 122 liegen z.B. in Form von Diamantkörnern vor und weisen bei einer mittleren Korngrösse von beispielsweise ca. 91 µm einen Volumenanteil von z.B. ca. 36% auf. Eine Dicke 124 des Funktionsbelags 120 bzw. der porösen Matrix 121 in radialer Richtung oder senkrecht zur Kontaktfläche mit dem Grundkörper 110 misst z.B. ca. 3.5 mm, was ungefähr dem 38-fachen mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörner 122 entspricht.

[0070] Der Funktionsbelag 120 ist z.B. in einem an sich bekannten Sinterprozess auf den Grundkörper 110 aufgebracht.

[0071] In jeder der mehreren quaderförmigen Vertiefungen 119 ist jeweils je ein Armierungselement 130 in Form eines länglichen quaderförmigen Diamantstäbchens im Grundkörper 110 verankert. Die mit ihren Endabschnitten in den quaderförmigen Vertiefungen 119 vorliegenden Armierungselemente 130 bzw. die quaderförmigen Diamantstäbchen ragen mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung vom Grundkörper 110 weg und sind etwa mittig im Funktionsbelag 130 eingebettet. Die vom Grundkörper 110 abgewandten Enden 131 der Armierungselemente 130 grenzen direkt an die äussere Mantelfläche 123 des Funktionsbelags 120 an und sind an den Verlauf der äusseren Mantelfläche 123 angeformt. Mit anderen Worten sind die vom Grundkörper 110 abgewandten Enden 131 der Armierungselemente 130 in etwa bündig mit der äusseren Mantelfläche 123 des Funktionsbelags 120.

[0072] Die Armierungselemente 130 weisen beispielsweise eine Breite und eine Dicke von je ca. 0.4 mm auf. Eine Länge der Armierungselemente 130 in radialer Richtung misst z.B. ca. 4 mm. Die Länge der Armierungselemente 130 ist somit grösser als die gesamte Dicke 124 des Funktionsbelags 120 bzw. der porösen Bindematrix 121. Die Armierungselemente 130 bestehen bis auf unvermeidbare Verunreinigungen z.B. aus Diamant.

[0073] In den Fig. 5-8 ist eine zweite erfindungsgemässe Abrichtscheibe 200 abgebildet. Diese weist einen Grundkörper 210 auf, welcher bis auf den Randbereich im Wesentlichen gleich ausgebildet ist, wie der erste Grundkörper 110 des ersten Abrichtwerkzeugs 100 und entsprechend über eine grosse Stirnseite 211, eine kleine Stirnseite 212, eine konische Mantelfläche 213, eine zentrale Bohrung 215, eine Drehachse 216 und mehrere Befestigungsbohrungen 217 verfügt, welche allesamt wie die entsprechenden Elemente beim ersten Grundkörper ausgeführt sind.

[0074] Im Gegensatz zum Grundkörper 110 des ersten Abrichtwerkzeugs 100 verfügt der Grundkörper 210 des zweiten Abrichtwerkzeugs 200 jedoch nicht über eine umlaufende Nut in einem an die grosse Stirnseite 211 angrenzenden Bereich der Mantelfläche 213. Stattdessen ist beim Grundkörper 210 des zweiten Abrichtwerkzeugs 200 ein umlaufender auskragender Flansch 218 mit rechteckigem Querschnitt vorhanden. In regelmässigen Abständen sind im Flansch 218 durchgehende Rechtecksnuten 219 eingebracht, welche in einer Richtung parallel zur Drehachse 216 vollständig durch den Flansch 218 hindurch verlaufen. Die Nuten 219 sind somit in einer Richtung zur grossen Stirnseite 211 hin als auch in einer Richtung zu kleinen Stirnseite 210 hin sowie in radialer Richtung offen.

[0075] In jeder der Rechtecksnuten 219 ist jeweils ein Armierungselement 230 in Form eines länglichen quaderförmigen Diamantstäbchens im Grundkörper 210 verankert. Die mit ihren Endabschnitten in den Rechtecksnuten 219 vorliegenden Armierungselemente 230 bzw. die quaderförmigen Diamantstäbchen ragen mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung vom Grundkörper 210 weg.

[0076] Die Armierungselemente 230 des zweiten Abrichtwerkzeugs 200 weisen beispielsweise die gleichen Abmessungen auf, wie die Armierungselemente 130 des ersten Abrichtwerkzeugs 100 und bestehen z.B. ebenfalls aus Diamant.

[0077] Die Bereiche zwischen den Armierungselementen 230 sind beim zweiten Abrichtwerkzeug 200 mit einem Funktionsbelag 220 ausgefüllt, womit die Armierungselemente 230 jeweils mit zwei gegenüberliegenden Seiten im Funktionsbelag 220 eingebettet sind. Die einzelnen Abschnitte des Funktionsbelags 220 liegen dabei in Form von Ringsegmenten mit rechteckigem Profil vor. Die Armierungselemente 230 und die Abschnitte des Funktionsbelags 220 bilden zusammen einen den Grundkörper 210 umgebenden und durchgehenden Ring mit Rechteckprofil. Eine in Richtung der Drehachse 216 gemessene Dicke des Funktionskörpers 220 entspricht im Wesentlichen der in der gleichen Richtung gemessenen Dicke der Armierungselemente 230.

[0078] Der Funktionsbelag 220 des zweiten Abrichtwerkzeugs 200 verfügt ebenfalls über eine poröse Matrix 221 mit darin dispergierten Hartstoffkörnern 222. Die poröse Matrix 221 sowie die Hartstoffkörner 222 des Funktionsbelags 220 des zweiten Abrichtwerkzeugs 200 sind beispielsweise im Wesentlichen gleich ausgebildet wie der die poröse Matrix 121 und die Hartstoffkörner 122 des Funktionsbelags 120 des ersten Abrichtwerkzeugs 100.

[0079] In den Fig. 9-11 ist ein drittes erfindungsgemässes Abrichtwerkzeug 300 dargestellt. Diese verfügt über einen Grundkörper 310, welcher in Form einer im Wesentlichen zylindrischen und um eine Drehachse 316 rotationssymmetrisch ausgebildeten Scheibe vorliegt. Eine Dicke des Grundkörpers 310 bzw. der Scheibe, gemessen in einer Richtung parallel zur Drehachse 316, verjüngt sich bezüglich einer senkrecht zur Drehachse 316 liegenden Querschnittsebene E vom zentralen Bereich des Grundkörpers 310 in radialer Richtung erst stufenartig und in einem weiter aussen liegenden Bereich konisch.

[0080] Entlang der Drehachse 316 erstreckt sich eine zentrale zylindrische Bohrung 315 durch den Grundkörper 310. Die zentrale Bohrung 315 dient insbesondere zur Aufnahme einer Antriebsachse einer Werkzeugmaschine.

[0081] In Fig. 11 ist die Ausgestaltung des dritten Abrichtwerkzeugs 300 im Randbereich vergrössert dargestellt (Bereich des gestrichelten Kreises in Fig. 10).

[0082] In einer senkrecht zur Querschnittebene E stehende Mantelfläche 313 des Grundkörpers 310 sind in regelmässigen Abständen mehrere quaderförmige Vertiefungen 319 in radialer Richtung in den Grundkörper 310 eingebracht. Die quaderförmigen Vertiefungen 319 weisen in radialer Richtung z.B. eine Tiefe von 0.5-2 mm auf.

[0083] Auf der Mantelfläche 313 ist ein ringförmiger Funktionsbelag 320 angeordnet. Der Funktionsbelag 320 weist im Bereich der Mantelfläche 313 einen rechteckigen Querschnitt auf, welcher in radialer Richtung in einen sich keilförmig verjüngenden Abschnitt übergeht. In einem in radialer Richtung äussersten Bereich ist der Funktionsbelag 320 als abgerundete Kante 323 ausgebildet.

[0084] Der Funktionsbelag 320 besteht aus einer porösen Matrix 321 mit einer Vielzahl von darin dispergierten Hartstoffkörnern 322. Die poröse Matrix 321 weist z.B. ein Porenvolumen von 40% auf und besteht beispielsweise aus Al2O3mit einer metallischen Phase aus z.B. Cu, welche bezogen auf die poröse Matrix 321 einen Volumenanteil von beispielsweise 30% aufweist. Die Hartstoffkörner 322 liegen z.B. in Form von Diamantkörnern vor und weisen bei einer mittleren Korngrösse von beispielsweise ca. 91 µm einen Volumenanteil von z.B. ca. 36 % auf. Eine Dicke 324 des Funktionsbelags 320 bzw. der porösen Matrix 321 in radialer Richtung oder senkrecht zur Mantelfläche 313 bzw. Kontaktfläche mit dem Grundkörper 310 misst z.B. ca. 3.5 mm, was ungefähr dem 38-fachen mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörner 322 entspricht.

[0085] In jeder der mehreren quaderförmigen Vertiefungen 319 ist jeweils je ein Armierungselement 330 in Form eines länglichen quaderförmigen Diamantstäbchens im Grundkörper 310 verankert. Die mit ihren Endabschnitten in den quaderförmigen Vertiefungen 319 vorliegenden Armierungselemente 330 bzw. die quaderförmigen Diamantstäbchen ragen mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung vom Grundkörper 310 weg und sind etwa mittig im Funktionsbelag 330 eingebettet. Die vom Grundkörper 310 abgewandten Enden 331 der Armierungselemente 330 grenzen direkt an die abgerundete Kante 323 des Funktionsbelags 320 an und sind an die Form der abgerundeten Kante 323 angeformt. Mit anderen Worten sind die vom Grundkörper 310 abgewandten Enden 331 der Armierungselemente 330 in etwa bündig mit der abgerundeten Kante 323 des Funktionsbelags 320.

[0086] Die Armierungselemente 330 weisen wie beim ersten Abrichtwerkzeug beispielsweise eine Breite und eine Dicke von je ca. 0.4 mm auf. Eine Länge der Armierungselemente 330 in radialer Richtung misst z.B. ca. 4 mm, was grösser ist, als die Dicke 324 des Funktionsbelags 320 bzw. der porösen Bindematrix. Die Armierungselemente 330 bestehen bis auf unvermeidbare Verunreinigungen z.B. aus Diamant.

[0087] Fig. 12 zeigt eine Detailansicht eines vierten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs 400. Der Grundkörper 410 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 ist dabei im Wesentlichen gleich ausgebildet wie der Grundkörper 110 des ersten Abrichtwerkzeugs 100 aus Fig. 1. Im Gegensatz dazu sind beim vierten Abrichtwerkzeug 400 jedoch keine quaderförmigen Vertiefungen in der umlaufenden Nut 418 angebracht.

[0088] In der umlaufenden Nut 418 ist jedoch wie beim ersten Abrichtwerkzeug 100 auch beim vierten Abrichtwerkzeug 400 ein ringförmiger Funktionsbelag 420 mit rechteckförmigem Querschnitt angeordnet. Der Funktionsbelag 420 ragt in radialer Richtung aus der Nut 418 heraus und ist mit der grossen Stirnseite 411 des Grundkörpers 410 in etwa bündig.

[0089] Der Funktionsbelag 420 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 verfügt ebenfalls über eine poröse Matrix 421 mit darin dispergierten Hartstoffkörnern 422. Die poröse Matrix 421 sowie die Hartstoffkörner 422 des Funktionsbelags 420 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 sind beispielsweise im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die poröse Matrix 121 und die Hartstoffkörner 122 des Funktionsbelags 120 des ersten Abrichtwerkzeugs 100.

[0090] Im Funktionsbelag 420 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 sind mehrere Armierungselemente 430 in Form von länglichen quaderförmigen Diamantstäbchen eingebettet. Die Armierungselemente 430 sind dabei mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung ausgerichtet. Im Gegensatz zum ersten Abrichtwerkzeug 100 sind die Armierungselemente 430 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 jedoch nicht im Grundkörper 410 verankert, sondern von diesem beabstandet. Die Armierungselemente 430 sind seitlich im Funktionsbelag 420 angeordnet und grenzen mit ihren dem Grundkörper 410 abgewandten Enden 431 direkt in einem Eckbereich des Funktionsbelags 420 an die äussere Mantelfläche 423 des Funktionsbelags 420 an und sind an den Verlauf der äussern Mantelfläche 423 angeformt. Eine senkrecht zu den abgewandten Enden 431 vorliegende Seitenfläche der Armierungselemente ist in der Ebene der grossen Stirnseite 411 an die Begrenzungsfläche des Funktionsbelags 420 angrenzend angeordnet.

[0091] Damit sind die Armierungselemente 430 beim vierten Abrichtwerkzeug 400 jeweils an vier Seiten von der porösen Matrix 421 bzw. dem Funktionsbelag 420 umgeben und verstärken insbesondere eine der vom Grundkörper 410 abgewandten Kanten des Funktionsbelags 420.

[0092] Die Armierungselemente 430 des vierten Abrichtwerkzeugs 400 sind kürzer ausgebildet als die Armierungselemente 130 des ersten Abrichtwerkzeugs 100, verfügen jedoch beispielsweise über die gleichen Dicken und Breiten wie die Armierungselemente 130 des ersten Abrichtwerkzeugs 100 und bestehen z. B. ebenfalls aus Diamant.

[0093] Fig. 13 zeigt eine Detailansicht eines fünften erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs 500. Der Grundkörper 500 des fünften Abrichtwerkzeugs ist im Wesentlichen identisch mit dem vierten Abrichtwerkzeug 400 aus Fig. 12. In der umlaufenden Nut 518 des fünften Abrichtwerkzeugs 500 ist in gleicher Weise wie beim vierten Abrichtwerkzeug 400 ein Funktionsbelag 520 mit einer porösen Matrix 521 und darin dispergierten Hartstoffpartikeln 522 angeordnet. Die poröse Matrix 521 sowie die Hartstoffkörner 522 des Funktionsbelags 520 des fünften Abrichtwerkzeugs 500 sind beispielsweise im Wesentlichen gleich ausgebildet wie die poröse Matrix 121 und die Hartstoffkörner 122 des Funktionsbelags 120 des ersten Abrichtwerkzeugs 100.

[0094] Im Funktionsbelag 520 des fünften Abrichtwerkzeugs 500 sind mehrere Armierungselemente 530 in Form von länglichen quaderförmigen Diamantstäbchen etwa mittig eingebettet. Die Armierungselemente 530 sind dabei mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung ausgerichtet. Im Gegensatz zum vierten Abrichtwerkzeug 400 sind die Armierungselemente 530 beim fünften Abrichtwerkzeug 500 jedoch allseitig von den Begrenzungsflächen des Funktionsbelags 520 beabstandet. Damit sind die Armierungselemente 530 vollständig im Funktionsbelag 520 bzw. in der porösen Matrix 521 eingebettet. Mit anderen Worten sind die Armierungselemente 530 allseitig vom Funktionsbelag 520 bzw. der porösen Matrix 521 umgeben.

[0095] In einem ersten Praxistest wurde das vierte erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug 400 aus Fig. 12zur Profilierung einer keramisch gebundenen CBN-Schleifscheibe in Korngrösse 46 µm mit einem Soll-Profilinnenradius von 0.15 + 0.05 mm eingesetzt. Auch nach 60 profilierten Werkzeugen ist kein signifikanter Verschleiss am erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug aufgetreten. Sämtliche der mit dem vierten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug 400 abgerichteten CBN-Schleifscheiben wiesen dabei eine vergleichbar hohe Qualität auf und zeigten insbesondere keine unerwünschten Einlaufverhalten in nachfolgenden Schleifprozessen. Mit anderen Worten waren die CBN-Schleifscheiben direkt nach dem Abrichten voll einsetzbar.

[0096] Zu Vergleichszwecken wurde ein erstes nicht erfindungsgemässes Abrichtwerkzeug hergestellt, welches im Wesentlichen gleich aufgebaut ist, wie das vierte erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug 400, jedoch keine Armierungselemente 430 bzw. längliche quaderförmige Diamantstäbchen aufweist. Das nicht erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug wurde dann demselben Praxistest unterzogen, wie das vierte erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug 400. Dabei hat sich gezeigt, dass beim nicht erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug bereits nach 30 profilierten Schleifkörpern der Verschleiss der Abrichtwerkzeugkontur ausserhalb der zulässigen Toleranz von 0.05 mm am Profilradius beträgt.

[0097] In einem zweiten Praxistest wurde das zweite erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug 200 aus den Fig. 5-8 zur Profilierung einer keramisch gebundenen Sinterkorundscheibe der Korngrösse F100 und den Dimension 84 × 40 × 24 mm eingesetzt. Beim radialen Einstechen einer Nute wird ein Kantenradius von 0.12 mm erhalten. Die mit dem zweiten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug 200 bearbeiteten keramisch gebundenen Sinterkorundscheiben zeigten ebenfalls keine unerwünschten Einlaufverhalten in einem nachfolgenden Schleifprozess.

[0098] Zu Vergleichszwecken wurde ein zweites nicht erfindungsgemässes Abrichtwerkzeug hergestellt, welches im Wesentlichen gleich aufgebaut ist, wie das zweite erfindungsgemässe Abrichtwerkzeug 200, jedoch keine Armierungselemente 230 bzw. längliche quaderförmige Diamantstäbchen aufweist. Nach analoger Profilieranwendung wie beim zweiten Praxistest, stellt sich beim zweiten nicht erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug ein Kantenradius von 0.48 mm ein. Die Verschleissfestigkeit des zweiten erfindungsgemässen Abrichtwerkzeugs 200 ist damit gegenüber dem zweiten nicht erfindungsgemässen Abrichtwerkzeug um einen Faktor 4 erhöht.

[0099] Wie sich gezeigt hat konnten die in den Praxistests eingesetzten Abrichtwerkzeuge 200, 400 problemlos und mehrfach nachgeschliffen werden.

[0100] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.

[0101] So können die für die drehende Abrichtung von Schleifkörpern ausgelegten Abrichtwerkzeuge 100, 200, 300, 400, 500 grundsätzlich auch in einer Variante zum stehenden Abrichten ausgeführt sein. In diesem Fall kann z. B. auf rotationssymmetrische Grundkörper verzichtet werden und stattdessen plattenförmige Grundkörper verwendet werden.

[0102] Ebenso ist es möglich, bei den Abrichtwerkzeugen 100, 200, 300, 400, 500 anders geformte Grundkörper 110, 210, 310, 410, 510 vorzusehen, welche insbesondere auf den jeweiligen Verwendungszweck des Abrichtwerkzeugs angepasst sind. Denkbar sind z.B. topfartige Grundkörper mit einem zylindrischen Antriebsschaft, wobei die Funktionsbeläge z. B. an einer Kante und/oder Mantelfläche der topfartigen Grundkörper vorliegen oder in jedem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90°.

[0103] Ebenso können die Funktionsbeläge 120, 220, 320, 420, 520 in verschiedenen Bereichen auch unterschiedliche Aussendurchmesser aufweisen, wobei die verschiedenen Bereich z.B. über eine oder mehrere Stufen, Kanten und/oder abgerundete Übergangsbereiche verbunden sind. Dabei können insbesondere im Bereich von sämtlichen Stufen, Kanten und/oder abgerundeten Übergangsbereichen entsprechend angepasste Armierungselemente vorliegen, welche diese besonders exponierten Stellen verstärken.

[0104] Es ist aber auch möglich, bei den Abrichtwerkzeugen 100, 200, 300, 400, 500 zusätzlich zu den bereits vorhandenen Funktionsbelägen 120, 220, 320, 420, 520 weitere Funktionsbeläge auf den Grundkörpern 110, 210, 310, 410, 510 vorzusehen, welche insbesondere ebenfalls mit Armierungselementen verstärkt sein können.

[0105] Die Funktionsbeläge 120, 220, 320, 420, 520 können anstelle oder zusätzlich zu den Diamantkörnern 122, 222, 322, 422, 522 auch weitere Hartstoffkörner, insbesondere auch mit unterschiedlichen Korndurchmessern, enthalten.

[0106] Bei sämtlichen Abrichtwerkzeugen 100, 200, 300, 400, 500 können zusätzlich zu den bereits vorhandenen Armierungselementen 130, 230, 330. 430, 530 weitere Armierungselemente in den Funktionsbelägen 120, 220, 320, 420, 520 vorliegen. Die weiteren Armierungselemente können dabei z.B. neben und/oder zwischen den bereits vorhandenen Armierungselementen 130, 230, 330. 430, 530 angeordnet sein.

[0107] Insbesondere ist es bei sämtlichen Abrichtwerkzeugen 100, 200, 300, 400, 500 auch möglich, unterschiedlich geformte Armierungselemente und/oder Armierungselemente aus unterschiedlichen Materialien vorzusehen. Auch denkbar ist es, ein Teil oder sämtliche Armierungselemente 130, 230, 330, 430, 530 in nicht-radialer Richtung, z.B. mit ihren Längsmittelachsen parallel zu den Drehachsen 116, 216, 316 anzuordnen. Dies ist selbstverständlich auch bei weiteren Armierungselementen möglich.

[0108] Wie sich gezeigt hat, kann die poröse Bindungsmatrix 121, 221, 321, 421, 521 der Abrichtwerkzeuge 100, 200, 300, 400, 500 zusätzlich oder anstelle des oxidischen anorganischen Werkstoffs auch einen nichtoxidischen anorganischen Werkstoff enthalten. Dadurch kann die poröse Bindungsmatrix beispielsweise an spezifische Anforderungen bzw. an spezielle Materialkombinationen von Abrichtwerkzeug und Schleifkörper angepasst werden. Ebenso kann die metallische Phase in den porösen Bindungsmatrizen 121, 221, 321, 421, 521 auch weggelassen werden oder es werden andere bzw. zusätzlich Metalle in der metallischen Phase vorgesehen.

[0109] Zusammenfassend ist festzustellen, dass neuartige Abrichtwerkzeuge geschaffen wurden, welche nachprofilierbar sind und sich gegenüber herkömmlichen Abrichtwerkzeugen insbesondere durch eine verbesserte Profilhaltigkeit auszeichnen. Aufgrund des komplexen Zusammenspiels zwischen der mit Hartstoffkörnern durchsetzten porösen Bindematrix und den darin angeordneten Armierungselementen lassen sich gleichzeitig optimierte Oberflächentopographien am zu bearbeitenden Schleifkörper erzeugen, so dass diese im Wesentlichen kein nachteiliges Einlaufverhalten mehr aufweisen.

Claims

1. Abrichtwerkzeug (100, 200, 300, 400, 500) zum Konditionieren von Schleifkörpern, insbesondere von keramisch gebundenen Schleifkörpern, wobei das Abrichtwerkzeug (100, 200, 300, 400, 500) einen Grundkörper umfasst, welcher einen selbsttragenden und einen Arbeitsbereich des Abrichtwerkzeugs definierenden Funktionsbelag (120, 220, 320, 420, 520) trägt, wobei der Funktionsbelag (120, 220, 320, 420, 520) eine gleichmässig mit Hartstoffkörnern (122, 222, 322, 422, 522) durchsetzte poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der porösen Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) zusätzlich eingebettete Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) aus einem Hartstoffmaterial zur Stabilisierung des Funktionsbelags (120, 220, 320, 420, 520) vorliegen.

2. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) ein Porenvolumen von 10-80%, bevorzugt 30-50 %, weiter bevorzugt 35-45 %, aufweist.

3. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) einen oxidischen anorganischen Werkstoff umfasst, wobei bevorzugt der oxidische anorganische Werkstoff Al2O3, ZrO2, SiO2, Fe2O3und/oder ZnO beinhaltet.

4. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) einen nichtoxidischen anorganischen Werkstoff umfasst, wobei es sich insbesondere um ein Carbid und/oder eine Nitrid handelt und wobei besonders bevorzugt der nichtoxidische anorganische Werkstoff SiC, B4C, Si3N4, TiC, Fe3C, TiN und/oder WC beinhaltet.

5. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) aus einer Kombination des oxidischen anorganischen Werkstoffs und des nichtoxidischen anorganischen Werkstoffs besteht.

6. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) eine metallische Phase und/oder eine intermetallische Phase enthält, wobei bevorzugt die metallische Phase und/oder die intermetallische Phase Cu, Sn, Zn, Fe, Co, Ni, Ag, Cr, V, Zr, Mn und/oder Al beinhaltet.

7. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Phase und/oder die intermetallische Phase in der porösen Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) einen Volumenanteil von 5-60 % aufweist.

8. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Bindungsmatrix (121, 221, 321, 421, 521) eine offene Porenstruktur aufweist.

9. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbelag (120, 220, 320, 420, 520) durch einen Sinterprozess hergestellt ist.

10. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korngrösse der Hartstoffkörner (122, 222, 322, 422, 522) 20-600 µm, bevorzugt 80-100 µm, beträgt.

11. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffkörner (122, 222, 322, 422, 522) in Form von Diamantkörnern vorliegen, wobei bevorzugt ein Volumenanteil der Diamantkörner 30-40% beträgt.

12. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Dicke des Funktionsbelags (120, 220, 320, 420, 520) wenigstens fünf Mal, insbesondere wenigsten zehn Mal, einem mittleren Korndurchmesser der Hartstoffkörnern (122, 222, 322, 422, 522) entspricht.

13. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) als längliche und/oder quaderförmige Stäbchen vorliegen, wobei bevorzugt ein Verhältnis einer Länge des quaderförmigen Stäbchens zu einer Dicke und/oder einer Breite des quaderförmigen Stäbchens einen Wert von 2-7 aufweist.

14. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) bis auf unvermeidbare Verunreinigungen ausschliesslich aus Diamant bestehen.

15. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) aus einem Kompositmaterial bestehen, wobei insbesondere das Kompositmaterial Diamant und eine metallische Phase enthält.

16. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamant im Kompositmaterial einen Gewichtsanteil von 80-90 % und die metallische Phase einen Gewichtsanteil von 10-20 % aufweist.

17. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) an eine Kante (323) und/oder an eine Seitenfläche (123, 423) des Funktionsbelags (120, 220, 320, 420, 520) angrenzend angeordnet sind.

18. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (110, 210, 310, 410, 510) bezüglich einer Drehachse (116, 216, 316) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und insbesondere als Scheibe und/oder Ring vorliegt und wobei besonders bevorzugt der Grundkörper (110, 210, 310, 410, 510) aus Metall besteht.

19. Abrichtwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) mit ihren Längsmittelachsen in radialer Richtung des Grundkörpers (110, 210, 310, 410, 510) angeordnet sind.

20. Abrichtwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (130, 230, 330, 430, 530) zusätzlich im Grundkörper (110, 210, 310, 410, 510) verankert sind.

21. Verwendung eines Abrichtwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1-20 zum Konditionieren von Schleifkörpern, bevorzugt keramisch gebundenen Schleifkörpern und besonders bevorzugt von Schleifkörpern aus kubischem Bornitrid.