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Geschichteter Schleifkörper mit Verstärkungslagen Die Erfindung betrifft
einen geschichteten Schleifkörper mit Verstärkungslagen von einzeln in ein biegsames
Klebemittel eingeschlossenen Verstärkungsfäden aus Glas.
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Bisher hat man solche geschichteten Schleifkörper in der Weise hergestellt,
daß man in das biegsame Klebemittel ein Glasgewebe oder kurze Glasfasern eingebettet
hat. Die Verwendung von Glasfäden in Form eines Gewebes ergibt jedoch nur eine sehr
mangelhafte Versteifung der Schleifkörperplatten. Das hat seine Ursache darin, daß
Glasfasern oder -fäden, obgleich diese eine hohe Zugbeanspruchung vertragen, nur
eine geringe Bruchfestigkeit aufweisen. Bei Einlegung eines Gewebes, bei dem sich
die Glasfasern kreuzen und miteinander verflochten sind, werden die Glasfasern aber
an diesen Kreuzungsstellen gerade auf Biegung beansprucht, was zur Folge hat, daß
sie an diesen Kreuzungspunkten, insbesondere wenn die Scheibe seitlich auf sie wirkenden
Drücken ausgesetzt wird, zu Bruch gehen, wodurch die angestrebte Verstärkung mehr
oder weniger illusorisch wird.
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Bei der Verwendung von kurzen Glasfasern ergibt sich für die einzelnen
Schichten des Schleifkörpers zwar auch eine Verstärkung; sie reicht jedoch bei sehr
großer Fliehkraftbeanspruchung nicht aus.
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Demgegenüber schafft die im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
noch näher beschriebene Erfindung eine wirksame Abhilfe, indem vorgeschlagen wird,
die Verstärkungsfäden so anzuordnen, daß sie geradlinig und parallel verlaufen und
sich über die ganze Verstärkungsschicht erstrecken. Wie dieser Gedanke beispielsweise
verwirklicht werden kann, geht aus dem Nachfolgenden hervor. In der Zeichnung ist
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten umlaufenden
Schleifkörpers; Fig. 2 bis 8 sind Teilschnitte mehrerer typischer umlaufender Schleifkörper,
und Fig.9 ist ein Querschnitt einer mit Einzelfäden verstärkten Schicht zusammen
mit seinem zeitweiligen Träger oder seiner zeitweiligen Trägerbahn.
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Der in Fig. 1 dargestellte Gegenstand besteht aus einem Träger 92
aus glattem Kraftpapier, das auf einer Oberfläche mit einem Überzug 93 niedriger
Adhäsion, z. B. Polyäthylen, behandelt und mit einem zähen kautschukartigen Kunstharzbindemittel
91 überzogen ist, das als Verstärkungsteile mehrere Glasfäden 90 enthält, von denen
jeder Glasfaden aus einer sehr großen Zahl sehr dünner Glaseinzelfäden zusammengesetzt
ist, wobei die Einzelfäden und die Fäden parallel liegen und keine wesentliche Krümmung
oder Drehung aufweisen. Die Fäden sind völlig mit Bindemittel 91 getränkt, und die
Einzelfäden sind völlig von dem kautschukartigen Kunstharbindemittel 91 umgeben.
Das Bindemittel ist teilweise zu einem nicht klebrigen biegsamen Zustand gehärtet.
Die aus Bindemittel und Fäden bestehende Kombination kann von der behandelten Oberfläche
des Papierträgers als eine biegsame selbsttragende Materialbahn leicht abgezogen
werden.
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Eine geeignete Formel für das Bindemittel 91 besteht aus folgenden
Bestandteilen in Gewichtsmengen Kautschukartiges Butadienacrylonitrilcopolymerisat
.. 100 Zinkoxyd ........................... 10 wärmehärtbares Phenolaldehydkunstharz
(»Super Beckacite 1003«) 50 »Vinsol«-Estergummi ................ 50 Salicylsäure
......................... 15 Dibutylphthalat ..................... 7,9 Die Bestandteile
werden in ungefähr 400 Teilen Methyläthylketon zusammengemischt, um eine flüssige
Mischung zu ergeben, die auf die vorher zubereitete Trägerbahn aufgestrichen werden
kann. Es wird so viel flüssiges Material auf den Träger aufgegeben, daß ein Trockengewicht
von 0,417 g/100 cm2 erhalten wird, dessen Trocknen bei Raumtemperatur oder bei etwas
erhöhter Temperatur erfolgt. Die Oberfläche der getrockneten Bindemittelschicht
wird dann durch Anfeuchten mit Methyläthylketon wieder in einen klebrigen Zustand
gebracht, und dann wird eine
Schicht aus Glasfäden, die beispielsweise
70 Fäden je 25 mm Breite enthält und von denen jeder Faden 204 Einzelfäden aufweist,
vorzugsweise in einem ungedrillten oder nur sehr leicht gedrillten Faden auf die
klebrige Kunstharzfläche aufgelegt. Werden 70 Fäden auf je 25 mm Breite gelegt,
so bedecken die Fäden im wesentlichen die gesamte Fläche der Kunstharzschicht. Es
können weniger Fäden dort verwendet werden, wo eine Höchstfestigkeit nicht erforderlich
ist. Es können auch Einzelfäden aufgelegt werden, jedoch ist die Verwendung von
Glasfäden oder Einzelfadenbündeln einfacher und wird daher bevorzugt.
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Ein weiterer Aufstrich der Bindemittellösung, der bis zu etwa 0,501
g/100 cm2 Trockengewicht beträgt, wird dann aufgebracht, wobei die Endverhältnisse
von Glas zu Kunstharz auf der Materialbahn dann etwa 0,919 g/100 cm2 zu etwa 0,919
g/100 cm2 Bindemittel beträgt. Die Kunstharzlösung tränkt den Faden und fließt um
die Einzelfäden herum. Gewünschtenfalls können noch weitere Bindemittelmengen aufgebracht
werden. Kleinere Mengen des Bindemittels sind aber ebenfalls wirksam. Das Lösungsmittel
wird durch Verdampfen abgetrieben, und die wärmehärtbare Kunstharzmasse wird durch
Erwärmen teilweise gehärtet. In einer derartig verstärkten Bahn wird jeder Einzelfaden
in dem Kunstharz getrennt gehalten, und zwar ohne Knicken oder Biegen und ohne daß
eine gegenseitige Berührung benachbarter Einzelfäden erfolgt. Jeder Einzelfaden
verläuft daher auf der gesamten Länge der Materialbahn ohne Unterbrechung. Das Bindemittel
bildet eine nachgiebige und fest anhaftende Schutzschicht um jeden Einzelfaden.
Es können aber auch andere wärmehärtbare, zäh haftende, kautschukartige Bindemittel
an Stelle der im Beispiel gegebenen Bindemittel verwendet werden, beispielsweise
Kombinationen von anderen kautschukartigen Polymerisaten und wärmehärtbaren klebkräftigen
Kunstharzen, die mit diesen Polymerisaten verträglich sind.
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Ein weiterer Aufstrich, der aus einem wärmehärtbaren Kunstharzbindemittel
für Schleifkorn, z. B. einem phenolartigen Kunstharzbindemittel, und einem Schleifkornmaterial
in gewünschter Teilmenge und in gewünschter Gesamtmenge besteht, kann dann auf die
freiliegende Fläche des teilweise gehärteten verstärkten Kunstharzaufstriches des
in Fig.9 dargestellten Aufbaues aufgebracht und das Kunstharzbindemittel dann teilweise
gehärtet werden, um eine Materialbahn zu bilden, die zum Aufbau verwickelter umlaufender
Schleifenkörper verwendet werden kann. Das Kunstharzbindemittel kann in Form einer
Lösung von Phenolkunstharz verwendet werden, und das Schleifkorn kann über die Fläche
dieses Aufstriches gesprüht werden. Das Schleifkorn kann aber auch mit der Bindemittellösung
vorher gemischt und beide Stoffe gemeinsam aufgetragen werden. Es kann aber auch
ein trockenes Gemisch aus Schleifkorn und schmelzbaren Sohleifkorubindemittelteilchen
auf die verstärkte Bahn aufgesprüht werden und dann eine Erwärmung erfolgen, um
das gewünschte Zwischenerzeugnis herzustellen. Das Schleifkorn kann aber auch zuerst
auf die Bahn aufgebracht und dann an der Bahn durch nachträgliche Zugabe des Phenolkunstharzbindemittels
in irgendeiner gewünschten Weise angeklebt werden. Das Schleifkorn kann in einer
lose geschütteten Schicht aufgebracht werden oder kann als Schar oder als im Abstand
stehende Einzelkörnchen aufgelegt werden. Zur Verwendung kann jedes bekannte Schleifkornmaterial,
z. B. Siliziumkarbid, Aluminiumoxyd, Granat usw., in jeder gewünschten Korngröße
verwendet werden.
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Das jeweilig verwendete Schleifkornbindemittel hängt von dem jeweiligen
Zweck ab, für den das Erzeugnis bestimmt ist. Es kann irgendein Bindemittel aus
vielen bekannten Stoffen dieser Art sein, von denen die phenolartigen Kunstharzbindemittel,
wie sie üblicherweise in Schleifscheiben und Schmirgelscheiben verwendet werden,
eine bevorzugte Gruppe sind. Diese Bindemittel sind hart und zähe und sind bedeutend
weniger leicht streckbar als die kautschukartigen Kunstharzbindemittel, die die
Glaseinzelfäden der in Fig.9 dargestellten Materialbahn umgeben. Schleifkornbindemittel
können verwendet werden, die zu schwach sind, um aus sich selbst heraus die erforderliche
Schleuderfestigkeit zu schaffen, die aber, wenn mit dem fadenartigen Bahnmaterial
verstärkt, eine leistungsfähige Schleifmittelscheibe ergeben. Die Bindemittel kleben
fest an dem Schleifkorn und an dem verstärkenden Bahnmaterial an.
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Der in Fig. 2 dargestellte Schleifkörper besteht aus drei getrennten
Schichten 20, 21 und 22 des mit Einzelfäden verstärkten Kunstharzmaterials nach
Fig. 9 und aus einer weiteren Deckschicht 23 von Schleifkorn und Kunstharzbindemittel.
Die die Einzelfäden enthaltenden drei Schichten sind so übereinandergelegt, daß
die Einzelfäden jeder Lage unter einem Winkel von 60° zu den Einzelfäden der beiden
anderen Lagen stehen, so daß gleiche Winkel zwischen den Richtungen dar Einzelfäden
vorhanden sind. Der gesamte Aufbau wird unter Wärme gehärtet und wird dann zu einem
dichten Schleifkörper zusammengepreßt, der im wesentlichen frei von Hohlräumen ist
und der in allen innerhalb der Ebene der Bahn liegenden Richtungen eine hohe Zugfestigkeit
aufweist. In Form einer Schleifscheibe ist dieses Material sehr hoch widerstandsfähig
gegen Schleuderbruch und Biegungsbruch.
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Bei der Herstellung des in Fig.2 dargestellten Bahnmaterials werden
drei getrennte Lagen des durch Fäden verstärkten harzartigen Bindemittels, wie sie
in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben worden sind, von dem Träger 92 abgenommen und
in der dargestellten Weise übereinandergelegt. Ein Gemisch aus Schleifkorn und wärmehärtbarem
Kunstharzbindemittel wird dann im gewünschten Verhältnis und in gewünschter Menge
auf die Fläche der oberen Lage aufgebracht und der gesamte Aufbau der Wärme und
dem Druck unterworfen, beispielsweise in einer zwischen erwärmten Stößeln vorhandenen
Form einer hydraulischen Presse.
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Bei einem anderen Verfahren wird eine einzige Lage der durch Einzelfäden
verstärkten Kunstharzbahn nach Fig. 9 zuerst mit einer Lage aus Schleifmittelkorn
und Bindemittel überzogen, dann, das Bindemittel teilweise gehärtet und dann die
entstandene Bahn von der Trägerbahn abgezogen und mit zwei zusätzlichen Lagen aus
nicht überzogenen, mit Einzelfäden verstärkten Kunstharzbahnen aufgelegt. Der gesamte
Aufbau wird dann, wie beschrieben, zusammengedrückt und erwärmt. Die den Schleifmittelaufstrich
tragende einzige Lage kann der Einfachheit halber in einem fortlaufend geführten
Verfahren hergestellt und zu VorratsrolJen aufgewickelt werden, damit sie anschließend
mit den anderen Lagen verbunden wird.
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Der in Fig. 3 dargestellte Schleifkörper ist dem in Fig. 2 ,dargestellten
Schleifkörper im Aufbau ähnlich, hat jedoch drei durch Einzelfäden verstärkte Lagen
30, 31, 32, ferner eine Schleifkornlage 33 und außerdem
noch eine
Schleifkornlage 34 an der der ersten Schleifkornlage gegenüberliegenden Seite. Dieser
Schleifkörper kann durch eines der Verfahren hergestellt werden, wie sie in Verbindung
mit Fig. 2 vorgeschlagen worden sind.
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In Fig. 4 sind die beiden mit Einzelfäden verstärkten Lagen 40 und
41, die vorher mit den Schleifkornlagen 42 bzw. 43 überzogen worden sind und in
denen die Längsrichtung der parallelen Einzelfäden der beiden Lagen rechtwinklig
zueinander stehen, von einer verhältnismäßig dicken, mit Kunstharz verklebten Schleifkornlage
44 getrennt. Die Schleifscheibe nach Fig. 5 ist ähnlich, jedoch sind die beiden
äußeren Schleifkornlagen 42 und 43 der Fig. 4 weggelassen. Diese Ausführung ist
besonders beim Randkantenschnitt geeignet. Der Aufbau der hier dargestellten Schleifscheiben
ist wirksam bei verhältnismäßig kleinen Durchmessern oder dicken Querschnitten.
Schleifscheiben der in Fig.5 dargestellten Art neigen zum Werfen oder Buckeln, wenn
sie großen Durchmesser und dünnen Querschnitt haben und wenn nur eine Dickenschicht
oder zwei Dickenschichten von Einzelfäden an jeder der Einzelfadenlagen 50 und 51
vorhanden sind. Bevorzugt werden im allgemeinen mehrschichtige Dicken aus von Einzelfäden
verstärkten Lagen.
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Der mit Einzelfäden verstärkte Kunstharzfilm nach Fig.9 kann auch
zusammen mit anderen Verstärkungsteilen, beispielsweise mit der Gewebeinnenlage
60 (Fig. 6), verwendet werden. Diese beispielsweise aus einem Glasgewebe bestehende
Gewebelage 60 wird vorzugsweise zuerst mit einer wärmehärtbaren Kunstharzmasse getränkt,
worauf die von Einzelfäden verstärkten Kunstharzbabnen 61 und 62, die die mit Kunstharz
verklebten Schleifkornüberzüge 63 bzw. 64 tragen, unter Anwendung von Wärme und
Druck auf die Oberflächen der Gewebebahn 60 aufgeklebt werden.
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Bei diesen und anderen Schleifscheibenaufbauten können natürlich dort,
wo einzelne Lagen der von Fäden verstärkten Kunstharzbahn in den Figuren dargestellt
sind, auch mehrere Lagen verwendet werden, was in den meisten Fällen auch erwünscht
ist, um eine zusätzliche Schleuder- und Biegefestigkeit zu schaffen. In allen Schleifkörpern,
die mindestens zwei Lagen der verstärkten Bahn nebeneinanderliegend oder nicht nebeneinanderliegend
enthalten, werden die verschiedenen Bahnen so gelegt, daß die Richtungen ihrer Einzelfäden
in gleichen Winkeln zueinander stehen, um dadurch eine höchste Gleichförmigkeit
an Schleuderfestigkeit zu erreichen. Bei einem im Durch messer großen dünnen Schleifkörper,
wie er beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist und in dem verstärkende Einzelfäden
an oder nahe beiden Oberflächen des Aufbaus vorhanden sind, besteht jede Verstärkungslage
aus mindestens zwei oder vorzugsweise drei oder mehr Lagen aus von Einzelfäden verstärktem
Kunstharz, wobei die Richtungen der Einzelfäden, wie bereits erwähnt, in gleichen
Winkeln zueinander stehen, um das Werfen zu verhüten und auf allen Abschnitten der
Scheibe sowie in allen Biegungsrichtungen eine höchste Biegungsfestigkeit zu erzielen.
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Fig. 7 zeigt eine weitere Abwandlung, in der vier von Einzelfäden
verstärkte Bahnen 70, 71, 72 und 73 mit ihren zugehörenden Schleifkornlagen 74,
75, 76 bzw. 77 zu einem einzigen Schleifkörper zusammen mit einer biegsamen Kunstharzlage
78 verbunden sind. Diese letzterwähnte Lage 78 ist frei von Schleifkorn und erteilt
dem Schleifkörper eine zusätzliche Biegsamkeit und Zähigkeit. Eine verträgliche
Mischung aus wärmehärtbarem Phenolaldehydkunstharz und Polyvinylbutyral ist für
diesen Zweck besonders geeignet. Derartige Gemische sind auch zur Herstellung der
von Fäden verstärkten Bahn sehr vorteilhaft.
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Eine andere Abwandlung ist in Fig. 8 gezeigt. Der hier dargestellte
Schleifkörper besteht aus sechs von Einzelfäden verstärkten Lagen, von denen jede
eine zugehörende, mit Kunstharz verklebte Schleifkornlage hat und außerdem drei
biegsame Kunstharzlagen 80, 81 und 82 enthält. Die biegsamen Kunstharzlagen, die
nach der in Verbindung mit der Lage 78 der Fig. 7 gegebenen Formel hergestellt werden
können, verbessert die Biegsamkeit des Aufbaues und ergibt eine zusätzliche Bindung
an der Rückfläche der von Einzelfäden verstärkten Schichten, an denen die Menge
des darin enthaltenen Kunstharzes gegebenenfalls ungenügend ist. In dem in Fig.
8 dargestellten Schleifkörper sind zwei sich gegenüberliegende Flächen des vorher
aufgebrachten, mit Kunstharz verklebten Schleifkorns, beispielsweise die Flächen
83 und 84, miteinander verbunden, um eine aus einem Stück bestehende Zwischenlage
zwischen den beiden die Einzelfäden enthaltenden Lagen 85 und 86 zu bilden.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schleifscheibe kann von den in den Fig.
2 bis 8 dargestellten Schleifkörpern durch Drehen und Formen als ein einheitlicher
Bauteil oder durch Schneiden oder Stanzen hergestellt werden, wobei der scheibenartige
Gegenstand von einer fortlaufenden, den dargestellten Querschnittsaufbau aufweisenden
Bahn aus ungehärtetem Material ausgeschnitten oder ausgestanzt wird und dann in
einer Form gehärtet wird. Der Aufbau kann aber auch in flacher Bahn vorgehärtet
und dann auf Form geschnitten werden.
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Die Glaseinzelfäden ergeben ein außergewöhnlich hohes Verhältnis Festigkeit
zu Volumen, lassen sich aber leicht zerteilen und lassen sich durch Schleifen an
der Kante der verwendeten Scheibe leicht entfernen. Es werden daher Glaseinzelfäden
bevorzugt. In einigen Fällen kann jedoch eine gute Schleuder-und Biegungsfestigkeit
auch mit anderen Einzelfäden erhalten werden, die infolge ihrer Innenlage in der
Scheibe und infolge der Anwendungsart, für die diese Scheibe bestimmt ist, während
der Schleifscheibenverwendung nicht schnell abgeschliffen werden. Hierbei können
Metalldrähte und Einzelfäden aus Cellulose oder anderen organischen Polymerisaten
die Glaseinzelfäden ersetzen.
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Eine typische Härtung, die beispielsweise beim Herstellen einer doppelt
überzogenen Schleifscheibe nach Fig. 6 als zufriedenstellend befunden wurde und
bei der ein wärmehärtbares phenolartiges Kunstharzbindemittel für das Schleifkorn
verwendet wird, besteht darin, daß der Gegenstand für 2 Stunden bei 100° C und dann
für 5 Stunden bei 121° C unter einem auf eine Scheibe eines Durchmessers von 150
mm auseübten Druck von 680 kg behandelt wird. Die Oberflächen der erwärmten Stößel
werden zuerst mit einem Silicone-Einstaubmittel behandelt, so daß das Phenolkunstharz
nicht an den Stößeln anhaftet und die fertige Scheibe leicht entfernt werden kann.
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In einem anderen Falle wird eine in Form einer quadratischen Tafel
von 125 mm Seitenbreite hergestellte Masse (Fi.g.3) mit einem phenalartigen Schleifkornbindemittel
für 51/z Stunden bei 102° C und für 5 Stunden bei 135° C unter einem auf eine Scheibe
von 150 mm Durchmesser ausgeübten Druck von 680 kg erwärmt. Eine Scheibe mit einen
Außendurchmesser
von 75 mm und einer Mittellochung von 37 mm wurde
dann aus der erhaltenen Tafel ausgestanzt. Die Härtezeit und die angegebene Temperatur
ergeben eine Härtung, die genügend groß ist, um die Tafel herauszunehmen und zu
stanzen, entwickeln jedoch nicht unbedingt die höchstmögliche Festigkeit. Die entstehenden
Tafeln oder Scheiben werden daher nötigenfalls weiter gehärtet.
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In einigen Fällen wird eine frische, ungehärtete oder grüne Vorform
unter viel geringeren Drücken und ohne Erwärmen hergestellt und dann das entstehende
Zwischenprodukt einzeln in einem Ofen gehärtet. Ein Schleifkörper, der den in Fig.
7 dargestellten Querschnitt hatte, wurde nach einem derartigen Verfahren behandelt.
Der Zusammenbau wurde zuerst unter einem Druck von 113 kg, der von einem Stempel
mit 150 mm Durchmesser zur Einwirkung gebracht wurde, und bei Raumtemperatur zusammengepreßt,
und dann wurde die zusammengepreßte frische Tafel in einem Ofen für 1½ Stunden bei
80° C und dann für 45 Minuten bei 163° C gehärtet.
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Schleifscheiben, Schneidscheiben, Schmirgelscheiben und andere Schleifkörper,
die nach den obenstehenden Lehren hergestellt worden sind, haben außergewöhnlich
hohen Widerstand gegen Schleuderungsbruch und Biegungsbruch und sind sehr wirksam
für die Zwecke, für die sie bestimmt sind. Da die Glaseinzelfäden nicht in einer
Reihe von Zickzackkrümmungen, wie dies in Geweben od. dgl. der Fall ist, sondern
in geradlinig verlaufenden Linien liegen, übertragen sie auf den Aufbau ihre volle
Zugfestigkeit bei der Einwirkung von Kräften, ohne daß zuerst ein Strecken der Bahn
erfolgt. Die Einzelfäden werden von der umgebenden Lage des Kunstharzbindemittels
geschützt und voneinander getrennt, so daß sie nicht abgeschliffen oder angekratzt
werden und ihre volle Festigkeit behalten. Es können zwar einige der Einzelfäden
brechen oder kurze Längen aufweisen, doch können die Einzelfäden im wesentlichen
als ohne Unterbrechung verlaufend und als ungebrochen angesehen werden, so daß daher
nur eine geringe Möglichkeit besteht, daß sich die Einzelfäden und das umgebende
Kunstharzmittel abspalten. Der außergewöhnlich geringe Durchmesser der Einzelfäden
und der in das Bahnmaterial eingelagerten Fadenbündel erzielt eine Höchstfestigkeit
in allen Richtungen über die Bahnebene, wobei eine Mindestdicke beibehalten wird,
was im Gegensatz zu den Schleifkörpern steht, bei denen gewebte Bahnen verwendet
werden, in denen die Einzelfäden infolge ihrer Wellung in mehreren Ebenen liegen
und die daher Hohlräume oder schwache Stellen über den gesamten Fadenaufbau enthalten.
Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten und Nachteile bekannter Schleifkörper
und ergibt neuartige und gut verwendbare, mit Schleifkorn überzogene Scheiben, Schmirgelscheiben,
Schleifscheiben und andere umlaufende Schleifkörper. Die Ausführung und Darstellung
dieser Scheiben ist nur als Beispiel zu werten und stellt keine Begrenzung dar.