DE102009006699A1

DE102009006699A1 - Schleifmittel mit pflanzlichen Samenkapseln als Füllstoff

Info

Publication number: DE102009006699A1
Application number: DE102009006699A
Authority: DE
Inventors: Josef Keuler; Christian Stang
Original assignee: Rhodius Schleifwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Rhodius Schleifwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-05
Also published as: CN102300675A; EP2391482A1; JP2012516241A; BRPI1007425A2; US20110281511A1; PL2391482T3; MX2011007914A; ES2437392T3; EP2391482B1; WO2010086371A1

Abstract

Die kunstharzgebundene Schleifscheibe besteht aus einer Mischung von Schleifkorn, Bindemittel und Porenbildner, wobei die Porenbildner Pflanzensamen sind und in der fertiggestellten Schleifscheibe enthalten sind. Die Schleifscheibe besteht zu 60 bis 90 Gew.-% aus Schleifkorn und zu 10 bis 40 Gew.-% aus Binder, wobei die Pflanzensamen bis zu 80 Gew.-% des Binders ausmachen. Die Pflanzensamen können Öl enthalten und können Raps-, Mohn-, Klee-, Lupinen-, Senf-, Seradella-Wickensamen oder ähnliche Pflanzensamen sein. Die Schleifscheibe kann hergestellt werden durch Vermischen von Schleifkorn, Bindemittel und Pflanzensamen, Einfüllen der Ausgangsmischung in eine dafür vorgesehene Form, Pressen der Mischung, Vortrocknen der Mischung und Aushärten der Schleifscheibe. Die Pflanzensamen werden bei der Fertigung der Schleifscheibe nicht verbrannt. Die Schleifscheibe wird bei Temperaturen von bis zu 250°C, vorzugsweise von bis zu 200°C, noch vorzugsweise von bis zu 180°C und noch vorzugsweise von bis zu 150°C, ausgehärtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kunstharzgebundene Schleifscheibe, bei der pflanzliche Samenkapseln als Porenbildner verwendet werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Schleifscheiben.
Eine Schleifscheibe besteht im Wesentlichen aus Schleifkorn, Bindermaterial und Porenraum. Der Porenraum setzt sich aus den natürlichen Zwischenräumen, die sich zwischen den Schleifkörnern ergeben, sowie den durch Porenbildner in die Schleifscheibe eingebrachten Poren zusammen. Zusätzlich zur Rezeptur werden die Poren in Größe und Anzahl auch durch den Pressdruck beeinflusst. So entsteht bei hohem Druck ein geringer Porenraum, während ein niedriger Druck einen entsprechend größeren Porenraum zur Folge hat. Ein niedriger Pressdruck bedingt allerdings auch eine weichere Scheibe. Neben Porenbildnern können auch noch weitere Füllstoffe in Schleifscheiben verwendet werden. Diese können schleifaktiv sein (z. B. Kühlung) und damit den Schleifprozess unterstützen oder der Stabilisierung (Berstfestigkeit, Flexibilität) der Schleifscheibe dienen.
Die Feinheit des sich beim Schleifprozess bildenden Spans bzw. die Rauhigkeit der Werkstoffoberfläche hängt im Wesentlichen von der Größe des Schleifkorns ab. Schleifkörner bestehen meist aus harten spröden Materialien und werden routinemäßig in einem weiten Größenbereich eingesetzt. Das Bindermaterial kann wie in der vorliegenden Anmeldung ein Kunstharz sein. Es dient dazu die einzelnen Schleifkörner zusammenzuhalten. Der Porenraum ermöglicht es unter anderem, den Werkstoffspan sicher abzutransportieren, kann aber auch dazu genutzt werden, Kühlmittel aufzunehmen. Durch Variation des Volumenverhältnisses der einzelnen Komponenten zueinander lassen sich die Eigenschaften der Schleifscheibe einstellen, so dass man für jedes zu bearbeitende Material die gewünschten Schleifergebnisse erzielen kann.
Organische Porenbildner werden bisher nur in keramisch gebundenen Schleifscheiben eingesetzt. In der US 5,221,294 A ist eine keramisch gebundene Schleifscheibe beschrieben, welche in einem einzigen Brennvorgang hergestellt werden kann und dabei ohne die Verwendung eines Bindemittels auskommt. Als Porenbildner werden unter anderem Walnussschalen, Kunststoffkügelchen oder geschäumtes organisches Material verwendet. Als Ausgangsprodukt dient ein Sol-Gel auf Basis von Böhmit-Kristallkeimen, welches mit Walnussschalen einer durchschnittlichen Größe von 275 μm vermischt wird. Anschließend wird diese Mischung in die gewünschte Form gegossen, getrocknet und schließlich bei einer maximalen Temperatur von 1300°C gebrannt. Dabei kristallisiert das Böhmit zu α-Aluminiumoxid. Die Walnussschalen verbrennen bei diesen hohen Temperaturen rückstandslos und hinterlassen daher Poren in der Schleifscheibe. Das Endprodukt besitzt eine Porosität von etwa 40% und ist ausreichend stabil, um als Schleifscheibe eingesetzt zu werden.
In der US 5,203,886 A wird eine Schleifscheibe beschrieben, die aus einer Kombination von Porenbildnern, nämlich hohlen Aluminiumoxidkügelchen und organischem Porenbildner, sowie einem Sol-Gel aus Aluminiumoxid-Schleifkörnern besteht. Der organische Porenbildner kann aus Nussschalen, Kohlenstoff, Blumensamen, Stärke, Zucker oder Holzteilchen hergestellt sein. Der organische Porenbildner zersetzt sich beim Brennen der Schleifscheibe komplett und hinterlässt dabei offene Poren in der Schleifscheibe. Die dadurch erreichte Porosität der Schleifscheibe beträgt etwa 1 bis 12% ihres Volumens. Die temperaturbeständigen, hohlen, dünnwandigen Aluminiumoxidkügelchen verleihen der Schleifscheibe als geschlossene Poren zusätzliche Porosität von bis zu 70% und sorgen dabei gleichzeitig für ausreichend Stabilität. Problematisch ist hierbei allerdings, dass diese geschlossenen Poren zwar Kühlmittel aufnehmen können, aber für gewöhnlich nicht in der Lage sind Schleifspan abzutransportieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, kunstharzgebundene Schleifscheiben bereitzustellen, die hohe Standzeiten aufweisen, sich nicht zusetzen und einen kühlen Schliff haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kunstharzgebundene Schleifscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Schleifscheibe besteht aus einer Mischung von Schleifkorn, Bindemittel und Porenbildner, wobei die Porenbildner Pflanzensamen sind, und die Pflanzensamen bei der Herstellung nicht verbrannt werden, sondern in der fertig gestellten Schleifscheibe enthalten sind.
Die Pflanzensamen werden bei der Herstellung der Schleifscheibe als organische Porenbildner verwendet. Die Pflanzensamen werden dabei nicht – wie bei der Herstellung von keramisch gebundenen Schleifscheiben üblich – bei der Herstellung verbrannt, sondern bleiben intakt und bilden einen wichtigen Bestandteil der fertig gestellten Schleifscheibe.
Den Pflanzensamen kommen dabei mehrere Funktionen zu. Sie besitzen als Bestandteil der Schleifscheibe eine gewisse Stützwirkung, die das frühzeitige Ausbrechen des Schleifkorns verhindert. Neben dieser Stützfunktion können die Pflanzensamen allerdings auch die Aufgabe von herkömmlichen Poren erfüllen und zum Beispiel für den Abtransport der Schleifspäne sorgen. Da die Pflanzensamen relativ weich sind, können sie von den zumeist härteren Schleifspänen verformt werden, und diese dann in dem neu entstandenen Porenraum abtransportieren. Es ist auch möglich dass die heißen Schleifspäne, welche Temperaturen von zwischen 1500°C und 2000°C besitzen, die Pflanzensamen beim Schleifvorgang verbrennen. Der dabei entstehende Porenraum ist dann vergleichbar mit dem einer herkömmlichen Pore und kann dementsprechend zum Abtransport des Schleifspans dienen. Zusätzlich kann beim Schleifen von NE-Metallen durch den Zusatz von Porenbildnern in Form von pflanzlichen Samen das Zusetzen der Scheibe verhindert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass es natürliche Pflanzensamen in den verschiedensten Formen und Größen gibt, so dass die Porosität des Schleifwerkzeugs nahezu beliebig angepasst werden kann. Dies ist besonders wichtig, weil die Größe des entstehenden Spans je nach Größe des Schleifkorns und je nach Beschaffenheit des Werkstückes unterschiedlich sein kann.
Die harzgebundene Schleifscheibe der vorliegenden Erfindung besteht zu 60 bis 90 Gew.-% aus Schleifkorn und zu 10 bis 40 Gew.-% aus Binder. Die Pflanzensamen können bis zu 80 Gew.-% des Binders ausmachen. Daneben können auch verschiedene andere bekannte Füllstoffe zum Einsatz kommen.
Als Schleifkorn eignen sich im Wesentlichen alle üblicherweise als Schleifkorn verwendeten Materialien. Diese umfassen Korunde, Siliziumkarbide, Chromoxide, kubisches Bornitrid, Diamanten, Siliziumoxide, Zirkonoxide, Granat und Schmirgel, sowie Mischungen daraus. Die Schleifkörner können unterschiedliche Größen im Bereich von 0,5 μm bis 5000 μm haben. Die Größe sowie das Material der Schleifkörner kann in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstücks gewählt werden. Vorzugsweise hat das Schleifkorn eine Korngröße von 105 μm bis 2830 μm, noch bevorzugter von 250 μm bis 2830 μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform kommen ölhaltige Samen, wie z. B. Rapssamen, zum Einsatz. Durch das in den Pflanzensamen enthaltene Öl kommt es zu einem Schmiereffekt, d. h. das Öl reduziert die Reibung des Schleifkorns bei der Spanbildung und verringert damit die Wärmeentwicklung beim Schleifen. Dadurch wird zum einen die Standzeit der Schleifscheibe erhöht und zum anderen das Werkstück vor unerwünschter Aufhärtung geschützt.
Neben ölhaltigen Pflanzensamen können auch Mohn-, Klee-, Lupinen-, Senf-, Seradella- oder Wickensamen oder ähnliche Pflanzensamen verwendet werden.
Das Bindemittel ist eine Mischung aus einer synthetisch hergestellten, polymeren Verbindung und Füllstoffen. Die polymere Verbindung kann Kunstharz sein, das sowohl in flüssiger Form als auch pulverförmig verwendet werden kann. Geeignete Harze sind zum Beispiel Polyimide, Phenolharze, Epoxidharze, ungesättigte Polyester, und dergleichen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifscheiben. Dabei wird zunächst eine rieselfähige Mischung aus Schleifkorn, Binder und Pflanzensamen hergestellt. Diese Mischung wird gleichmäßig in eine vorgefertigte Pressform eingefüllt und anschließend auf ein vorher festgelegtes Volumen gepresst. Anschließend durchläuft der Pressling in einem Ofen ein Aushärteprogramm, wobei er Temperaturen von bis zu 250°C ausgesetzt wird. Das Pressen und Aushärten der Schleifscheibe kann dabei auch in einem Schritt erfolgen.
Die Schleifscheibenmischung wird unter äußerst gleichmäßiger Verteilung in eine Pressform eingefüllt. Anschließend wird der Pressling in einer gebräuchlichen Presse, z. B. einer hydraulischen Presse, unter Pressdrücken von 15 bis 45 N/mm², vorzugsweise 20 bis 35 N/mm² eingesetzt, noch vorzugsweise von 30 N/mm² zu einem Grünling verpresst. Die Pressdauer kann im Bereich von 1 bis 100 Sekunden vorzugsweise 5–50 Sekunden liegen. Zur Steigerung der strukturellen Integrität der Schleifscheibe können zusätzliche Armierungen (z. B. Glasgewebe) mitverpresst werden. Vorzugsweise wird der Pressvorgang bei Raumtemperatur durchgeführt.
Der Aushärteprozess erfolgt in Kammer- oder Tunnelöfen. Die Temperatur kann dabei durch Programmregler automatisch gesteuert werden. Die Auswahl eines geeigneten Härtungsprogramms ist abhängig von einer Reihe von Faktoren, wie den Abmessungen und der Struktur der Scheibe, dem Füllstoffanteil, dem Harzbindungsanteil sowie den Harzeigenschaften. Typischerweise werden die Presslinge zunächst bei Temperaturen zwischen 50°C und 100°C vorgetrocknet und anschließend bei Temperaturen von bis zu 250°C, vorzugsweise von bis zu 200°C, noch vorzugsweise von bis zu 180°C und noch vorzugsweise von bis zu 150°C ausgehärtet, wodurch sie ihre endgültige Form und Beschaffenheit erhalten. Der Aushärteprozess dauert zwischen 5 und 40 Stunden, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Stunden und noch vorzugsweise 15 Stunden.
Im Folgenden wird beispielhaft die Herstellung einer Schleifscheibe mit Mohnsamen beschrieben: Zur Herstellung der Schleifscheibe wird Schleifkorn mit der Korngröße 36 (~500 μm) zunächst in einem Mischer vorgemischt. Dann erfolgt die Zugabe von Resol (flüssiges Phenolharz), wodurch das Schleifkorn gleichmäßig befeuchtet und mit einem dünnen Harzfilm überzogen wird. Wenn das Schleifkorn gleichmäßig mit Resol benetzt ist, wird eine Mischung aus pulverförmigem Phenolharz, Mohnsamen und Kryolith hinzugefügt.
Die Rezeptur setzt sich folgendermaßen zusammen:

Schleifkorn (Korngröße 36) ca. 75 Gew.-%

Mohnsamen ca. 5 Gew.-%

Phenolharz ca. 13 Gew.-%

Kryolith ca. 7 Gew.-%
Der Mischprozess wird solange fortgesetzt bis die gewünschte homogene Konsistenz erreicht ist. Die Schleifscheibenmischung soll dabei nicht zu trocken aber staubfrei und rieselfähig sein. Nach ihrer Fertigstellung wird die Mischung abgesiebt und einige Stunden abgelagert.
Nach der Ablagerung wird die Pressmischung genau eingewogen und mit Hilfe von Schiebern in die Pressform befördert. Die Mischung wird unter äußerst gleichmäßiger Verteilung in die Pressform eingefüllt. Anschließend wird der Pressling in einer gebräuchlichen Presse, unter einem Pressdruck von 30 N/mm² innerhalb weniger Sekunden kalt zu einem Grünling verpresst. Zur Steigerung der strukturellen Integrität der Schleifscheibe werden dabei drei Gewebe mitverpresst.
Nach dem Pressen wird der erzeugte Grünling zwischen Metallscheiben verspannt und über ein mehrstufiges Aushärteprofil bis zu einer Temperatur von 180°C über insgesamt 15 Stunden gebrannt. Im Anschluss an das Brennen wird die fertige Schleifscheibe zwischen den Metallplatten entnommen.
Die fertige Scheibe hat die Maße 125 × 7 × 22,23 mm und weist einen angenehm kühlen Schliff auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5221294 A [0004]
- US 5203886 A [0005]

Claims

Eine kunstharzgebundene Schleifscheibe bestehend aus einer Mischung von Schleifkorn, Bindemittel und Porenbildner, wobei die Porenbildner Pflanzensamen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzensamen in der fertig gestellten Schleifscheibe enthalten sind.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 1, die zu 60 bis 90 Gew.-% aus Schleifkorn und zu 10 bis 40 Gew.-% aus Binder besteht.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 2, wobei die Pflanzensamen bis zu 80 Gew.-% des Binders ausmachen.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schleifkorn Korund, Siliziumkarbid, Chromoxid, kubisches Bornitrid, Diamant, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Granat und Schmirgel, oder Mischungen daraus ist.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe der Schleifkörner im Bereich von 105 μm bis 2830 μm, vorzugsweise im Bereich von 250 μm bis 2830 μm, ist.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pflanzensamen Öl enthalten.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pflanzensamen Raps-, Mohn-, Klee-, Lupinen-, Senf-, Seradella-, Wickensamen oder ähnliche Pflanzensamen sind.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel flüssiges oder pulverförmiges Kunstharz, zum Beispiel Polyimid, Phenolharz, Epoxidharz, ungesättigtes Polyester ist.
Eine Schleifscheibe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzliche Armierungen aus Glasgewebe enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, welches die folgenden Schritte umfasst: – Vermischen von Schleifkorn, Bindemittel und Pflanzensamen – Einfüllen der Ausgangsmischung in eine dafür vorgesehene Form – Pressen der Mischung – Vortrocknen der Mischung – Aushärten der Schleifscheibe dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzensamen bei der Fertigung der Schleifscheibe nicht verbrannt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Pressen der Mischung unter Pressdrücken von 15 bis 45 N/mm², vorzugsweise 20 bis 35 N/mm², noch vorzugsweise von 30 N/mm² zu einem Grünling erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Pressdauer im Bereich von 1 bis 100 Sekunden vorzugsweise 5 bis 50 Sekunden liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Schleifscheibe bei Temperaturen von bis zu 250°C, vorzugsweise von bis zu 200°C, noch vorzugsweise von bis zu 180°C und noch vorzugsweise von bis zu 150°C ausgehärtet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Aushärten der Schleifscheibe 5 bis 40 Stunden, vorzugsweise 10 bis 30 Stunden und noch vorzugsweise 15 Stunden dauert.