DE102018222444A1

DE102018222444A1 - Geformtes keramisches Schleifkorn sowie Verfahren zur Herstellung eines geformten keramischen Schleifkorns

Info

Publication number: DE102018222444A1
Application number: DE102018222444.7A
Authority: DE
Inventors: Jiri Misak; Stefan Fuenfschilling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020126555A1; EP3898874A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein geformtes keramisches Schleifkorn (100-900), insbesondere auf Basis von alpha-AlO, aufweisend zumindest eine Grundfläche (102-902) und eine Mantelfläche (104-904), wobei das Schleifkorn (100-900) eine im Wesentlichen pyramidenstumpfförmige oder kuppelförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfförmige Form aufweist, wobei die Grundfläche (102-902) des Schleifkorns (100-900) eine konkave Form aufweist, sowie einen Schleifartikel (1000) mit derartigen Schleifkörnern (100-900) und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schleifkörner (100-900).

Description

Die Erfindung betrifft ein geformtes keramisches Schleifkorn, einen Schleifartikel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines geformten keramischen Schleifkorns.
Stand der Technik
Geformte keramische Schleifkörner auf Basis von alpha-Al₂O₃ (alpha-Aluminiumoxid) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei geformten Schleifkörnern handelt es sich um Schleifkörner, welche eine definierte Form und eine definierte Größe haben. Die Schleifkörner erhalten ihre definierte Form und definierte Größe aufgrund eines definierten Formgebungsprozesses. So sind zum Beispiel in WO 2014/020075 A1 verschiedene vorteilhafte Geometrien für keramische Schleifkörner beschrieben. Aus dem Stand der Technik sind ferner nicht geformte bzw. unregelmäßig geformte Schleifkörner bekannt, welche auch als gebrochene Schleifkörner bezeichnet werden. Der Vorteil von geformten keramischen Schleifkörnern liegt in ihrer höheren Schleifleistung gegenüber nicht geformten bzw. unregelmäßig geformten Schleifkörnern.
Zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern sind aus dem Stand der Technik unter anderem zwei Verfahren bekannt, welche ebenfalls in WO 2014/020075 A1 beschrieben sind. Als Ausgangsstoff für die Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern ist alpha-Al₂O₃ aus dem Stand der Technik bekannt. Wird alpha-Al₂O₃ als Ausgangsstoff verwendet, eignet sich insbesondere das sogenannte Schlicker-Verfahren für die Herstellung der Schleifkörner. Es ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, Vorläuferprodukte des alpha-Al₂O₃, die erst bei der Herstellung der Schleifkörner in alpha-Al₂O₃ umgewandelt werden, als Ausgangsstoff für die Herstellung zu verwenden. Beispiele für geeignete Vorläuferprodukte sind die Aluminiumoxidhydroxide Böhmit (gamma-AIO(OH)) und Diaspor (alpha-AIO(OH)) sowie die Aluminiumorthohydroxide Gibbsit (gamma-Al(OH)₃) und Bayerit (alpha-Al(OH)₃). Für die Herstellung der Schleifkörner aus diesen Vorläuferprodukten wird das sogenannte Sol-Gel-Verfahren verwendet, das Schleifkörner von sehr feiner Mikrostruktur hervorbringt.
Es existiert zahlreiche Literatur zu geformten und teilweise geformten Sol-Gel-Schleifkörnern. Der Ausgangsstoff, alpha-Al₂O₃ oder Vorläuferprodukt des alpha-Al₂O₃, und das Herstellverfahren, Sol-Gel-Verfahren oder Schlicker-Verfahren, bewirken jedoch signifikante Unterschiede im Verhalten der daraus hergestellten geformten keramischen Schleifkörner.
Ferner sind aus dem Stand der Technik geformte keramische Schleifkörner mit unterschiedlichen Formen, insbesondere pyramidenförmige, dreieckige, tetraedische, pyramidenstumpfförmige oder tetraederstumpfförmige Schleifkörner bekannt, so beispielsweise aus US 2005/255801 A1 oder US 2012/227333 A1 oder US 2013/040537 A1 .
Es besteht in der Schleifmittelindustrie ein ständiges Bedürfnis, den Werkstoffabtrag bei der Bearbeitung von metallischen Werkstücken weiter zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem geformten keramischen Schleifkorn, insbesondere einem geformten keramischen Schleifkorn auf Basis von alpha-Al₂O₃, aufweisend zumindest eine Grundfläche und eine Mantelfläche, wobei das Schleifkorn eine im Wesentlichen pyramidenstumpfförmige oder kuppelförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfförmige Form aufweist. Erfindungsgemäß weist die Grundfläche des Schleifkorns eine konkave Form auf.
Unter einem geformten Schleifkorn wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Schleifkorn verstanden, welches eine definierte Geometrie aufweist. Ein geformtes Schleifkorn von definierter Geometrie weist eine definierte dreidimensionale Form von definierter Größe auf. Die definierte Form von definierter Größe wird durch einen definierten Formgebungsprozess bei der Herstellung des Schleifkorns erhalten. Die definierte Geometrie des geformten Schleifkorns soll reproduzierbar sein. Das geformte Schleifkorn soll wiederholt und gezielt in der gewünschten definierten Geometrie herstellbar sein. Ein geformtes Schleifkorn ist insbesondere kein gebrochenes oder teilweise gebrochenes Schleifkorn, welches durch Zerkleinern, insbesondere Brechen, herstellbar ist. Aus dem Stand der Technik bekannte Beispiele für geometrische Körper geformter Schleifkörner sind Polyeder, zum Beispiel Tetraeder, Pentaeder, Hexaeder und andere. Allgemein wird davon ausgegangen, dass Schleifkörner mit definierter Form in vielerlei Hinsicht verbesserte Eigenschaften aufweisen: Haben die Schleifkörner bereits zum Beginn ihrer Herstellung eine definierte Form und Größe, so entfällt ein anschließender Sortierschritt, mit dem die Schleifkörner ansonsten in verschiedene Größen aufgeteilt werden müssten. Zudem bleiben die Formen und Größen auch zwischen verschiedenen Produktionschargen nahezu unverändert, was die Schleifeigenschaften sehr gut reproduzierbar macht. Des Weiteren bewirken geformte Schleifkörner typischerweise einen erhöhten Gesamtabtrag, weisen eine längere Standzeit (Lebensdauer) auf, bewirken eine gesteigerte Oberflächengüte der bearbeiteten Oberfläche und/oder bewirken ein besser reproduzierbares Schleifergebnis.
Als Ausgangsstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Schleifkorns kann in einer Ausführungsform alpha-Al₂O₃ verwendet werden. Alpha-Al₂O₃ ist dem Fachmann an sich bekannt und im Handel, zum Beispiel in Pulverform, erhältlich. Insbesondere eignet sich das Schlicker-Verfahren für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifkörner. Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung von alpha-Al₂O₃ selbst als Ausgangsstoff ausgegangen werden. Alternativ eignet sich auch das Sol-Gel-Verfahren für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifkörner.
Das erfindungsgemäße Schleifkorn weist zumindest zwei Flächen auf, insbesondere eine Grundfläche und eine Mantelfläche des Schleifkorns. Unter einer Fläche, insbesondere auch einer Grundfläche und einer Mantelfläche, wird ein zusammenhängender zweidimensionaler Teil der Oberfläche des Schleifkorns verstanden, der aus Punkten besteht, an denen jeweils eine wohldefinierte, gedachte Tangentialebene an das Schleifkorn angelegt werden kann. Eine solche Fläche kann prinzipiell eben oder gekrümmt sein. Eine gekrümmte Fläche kann konkav oder konvex sein. Ferner kann eine Fläche auch mindestens einen ebenen Abschnitt und mindestens einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, die ohne dazwischenliegende Kante ineinander übergehen. In einer Ausführungsform ist eine Fläche plan. Insbesondere kann auch die Mantelfläche eben oder gekrümmt sein, ganz insbesondere konkav oder konvex sein. Sofern das Schleifkorn keine weiteren Flächen umfasst, beschreiben oder bilden die Grundfläche und die Mantelfläche gemeinsam die gesamte Oberfläche des Schleifkorns. Dabei ist unter einer Mantelfläche insbesondere die Oberfläche des durch das Schleifkorn gebildeten Volumens zu verstehen, wobei die Grundfläche unberücksichtigt bleibt. Bei einem Kegel ist die Mantelfläche beispielsweise eine durch Rotation eines Graphen einer Funktion um eine Koordinatenachse beschreibbare Oberfläche. Bei einer Pyramide umfasst die Mantelfläche typischerweise vier Dreiecke, die einerseits der Grundfläche benachbart sind und die sich andererseits in einer Spitze der Pyramide treffen.
Die Grundfläche und die Mantelfläche bilden typischerweise zwei aneinander angrenzende Flächen, die eine gemeinsame Kante (im Folgenden auch Umrandung der Grundfläche) bilden. Eine Kante ist ein zusammenhängender eindimensionaler Teil der Oberfläche des Schleifkorns, der aus Punkten besteht, an denen zwei Flächen oder zwei Teile ein und derselben Fläche einander berühren, wobei die Tangentialebenen der beiden Flächen bzw. Flächenteile an diesen Punkten nicht stetig verlaufen (oder zumindest im Wesentlichen, d.h. im Rahmen des technisch möglichen, nicht stetig). Insbesondere kann an einer Kante ein Innenwinkel vorliegen, wobei der Innenwinkel der Winkel zwischen den beiden genannten Tangentialebenen der beiden Flächen bzw. Flächenteile ist, also der Winkel zwischen den Normalenvektoren dieser Tangentialebenen. Eine oder mehrere Kanten des Schleifkorns können scharf, insbesondere spitz, oder auch abgerundet oder abgeflacht sein. Insbesondere können eine oder mehrere Kanten eine Fase aufweisen.
In einer Ausführungsform des Schleifkorns schließt die Mantelfläche eine Ecke, insbesondere eine Spitze, ein. Drei oder mehr (ebene) Flächen grenzen in einer gemeinsamen Ecke aneinander, wobei typischerweise eine Ecke eine Kante begrenzt. Prinzipiell kann auch bereits mittels einer gekrümmten Fläche (vgl. Kegel) eine Ecke, insbesondere eine Spitze, realisiert werden. Ein Punkt der Oberfläche des geformten Schleifkorns wird als Ecke verstanden, wenn ein imaginärer Konus gedanklich derart über einen Teil des Schleifkorns gestülpt werden kann, dass dieser Teil des Schleifkorns im Inneren des Konus liegt und der Punkt die Spitze des Konus bildet. Bevorzugt beträgt der Öffnungswinkel des Konus weniger als 150°, weiter insbesondere weniger als 120° und ganz insbesondere weniger als 90°. Eine oder mehrere Ecken des Schleifkorns können scharf, insbesondere spitz, oder auch abgerundet oder abgeflacht sein. Bei einer Spitze weist der besagte Konus, der über den als Ecke definierten Teil des Schleifkorns gestülpt werden kann, einen Öffnungswinkel auf, der weniger als 80°, insbesondere weniger als 45° und ganz insbesondere weniger als 30° beträgt. In einer Ausführungsform liegt die Ecke, insbesondere die Spitze, der Grundfläche des Schleifkorn schleifkornrückseitig gegenüber. Insbesondere stellen eine Pyramidenform, eine Kegelform, eine Tetraederform oder dergleichen Ausführungsbeispiele dar, bei denen die Mantelfläche eine Ecke, insbesondere eine Spitze, einschließt.
„Pyramidenförmig“ bezeichnet insbesondere eine Schleifkornform, bei der das Schleifkorn als geometrischer Körper betrachtet werden kann, der eine Grundfläche - typischerweise ein Dreieck (wie bei einem Tetraeder), ein Viereck, insbesondere ein Quadrat oder ein Rechteck, oder allgemein ein n-eckiges Polygon - aufweist und dessen Seitenflächen Dreiecke sind, die der Grundfläche benachbart sind und die sich in einer gemeinsamen Spitze der Pyramide treffen. Somit schließt der Begriff pyramidenförmig insbesondere tetraederförmig (dreiseitige Pyramide) ein.
Bei einer „kegelförmigen“ Schleifkornform ist das Schleifkorn in Form eines geometrischen Körpers realisiert, bei dem eine Grundfläche, insbesondere eine kreisförmige oder elliptische Grundfläche, von einer Mantelfläche in einer die Grundfläche umlaufenden Kante berührt wird, wobei die Mantelfläche auf eine Spitze (Apex) außerhalb der Ebene zusammenläuft. Die Mantelfläche stellt dabei insbesondere eine gekrümmte Fläche dar.
In einer Ausführungsform des Schleifkorns schließt die Mantelfläche, insbesondere an Stelle bzw. statt einer Ecke oder einer Spitze, einen (insbesondere kleinen) Krümmungsbereich ein, mit einem Krümmungsradius, der zwischen 10 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 300 µm, ganz insbesondere zwischen 10 µm und 100 µm liegt. Insbesondere kann derart die Ecke oder Spitze des Schleifkorns auch abgerundet sein, wobei ein Krümmungsradius maximal 30 %, insbesondere maximal 20 %, ganz insbesondere maximal 10 % der Länge der an die Abrundung der Ecke oder Spitze angrenzenden Kante betragen kann.
Neben der Grundfläche und der Mantelfläche kann ein Schleifkorn prinzipiell auch weitere Flächen aufweisen, insbesondere auch eine der Grundfläche schleifkornrückseitig gegenüberliegende Deckfläche, die beispielsweise bei Stümpfen wie einem Pyramidenstumpf oder einem Tetraederstumpf vorhanden ist. Die Deckfläche kann dabei schiefwinklig oder im Wesentlichen parallel zur Grundfläche ausgerichtet sein. „Im Wesentlichen parallel“ bedeutet dabei, dass zwei Ebenen, die sich jeweils der Grundfläche und der Deckfläche annähern und gegebenenfalls in diesen Flächen vorhandene Unebenheiten mitteln, parallel sind, wobei deren Abweichung von einer idealen parallelen Anordnung weniger als 35°, insbesondere weniger als 15°, ganz insbesondere weniger als 5° beträgt. Derart wirken sich kleinere Vertiefungen (Dellen, Kavitäten oder dergleichen) oder Erhebungen (Beulen, Spitzen oder dergleichen), die prinzipiell in einer der Flächen vorhanden sein könnten, nicht oder nur wenig auf die Eigenschaft der im Wesentlichen parallelen Grundfläche und Deckfläche aus. Demnach bezieht die Formulierung „im Wesentlichen parallel“ solche Schleifkörner mit ein, die auf Grund von Fertigungstoleranzen geringfügig von der Form eines ideal geformten Schleifkorns (bei dem die Flächen mathematisch perfekt parallel sind) abweichen können.
Als „pyramidenstumpfförmig“ kann ein Schleifkorn bezeichnet werden, das prinzipiell pyramidenförmig ist, jedoch eine Deckfläche aufweist, die sich schiefwinklig oder im Wesentlichen parallel zur Grundfläche erstreckt und somit eine theoretisch vollständige Pyramide beschneidet. Äquivalent kann ein Schleifkorn als „tetraederstumpfförmig“ bezeichnet werden, wenn das Schleifkorn durch eine dreiseitige Pyramide beschreibbar ist, die eine Deckfläche aufweist, die sich schiefwinklig oder im Wesentlichen parallel zur Grundfläche erstreckt und somit eine theoretisch vollständige dreiseitige Pyramide beschneidet. Ebenso kann ein Schleifkorn als „kegelstumpfförmig“ bezeichnet werden, wenn das Schleifkorn durch einen Kegel beschreibbar ist, der jedoch eine Deckfläche aufweist, die sich schiefwinklig oder im Wesentlichen parallel zur Grundfläche erstreckt und somit einen theoretisch vollständigen Kegel beschneidet. Insbesondere sei angemerkt, dass unter „stumpfförmig“ nicht bereits ein Schleifkorn zu verstehen ist, bei dem - beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen - eine Ecke abgebrochen ist oder abgerundet ist. Bei einem erfindungsgemäßen Stumpf (d.h. Pyramidenstumpf, Tetraederstumpf o.ä.) ist ein wesentlicher Teil der ansonsten vollständigen Geometrie bewusst weggelassen - bezogen auf die ansonsten vollständige Höhe (eines theoretisch vollständigen Schleifkorns) bis zur gedachten Spitze beispielsweise zumindest 15 %, insbesondere zumindest 40 %, ganz insbesondere zumindest 70 %. Derartige Angaben zur Höhe eines Schleifkorns werden im Rahmen dieser Schrift stets ausgehend von einer Ebene ermittelt, die sich näherungsweise durch die Umrandung der Grundfläche legen lässt (sozusagen als Fit einer Ebene durch die Umrandung der Grundfläche). Insbesondere kann die Umrandung der Grundfläche - d.h. die Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche - als im Wesentlichen in einer Ebene befindlich angesehen werden. Auf diese Weise repräsentiert diese Ebene prinzipiell die Oberfläche eines Schleifkorns ohne konkave Ausformung der Grundfläche.
In einer Ausführungsform eines Schleifkorns beträgt eine Höhe T_SK des Schleifkorns, d.h. die maximale Ausdehnung des Schleifkorns in Richtung der Grundflächennormalen gemessen ausgehend von einer Ebene, die sich näherungsweise durch die Umrandung der Grundfläche legen lässt, zwischen 50 µm und 2000 µm, insbesondere zwischen 100 µm und 1500 µm, ganz insbesondere zwischen 150 µm und 1000 µm oder zwischen 200 µm und 500 µm.
In einer Ausführungsform des Schleifkorns ist die Stumpfform auch durch eine Abrundung der ansonsten vorhandenen Spitze beschreibbar - im Gegensatz zu einer ebenen Deckfläche -, wobei auch hier ein wesentlicher Teil der ansonsten vollständigen Geometrie des Schleifkorns bewusst weggelassen wird: bezogen auf die ansonsten vollständige Höhe, ausgehend von einer Ebene ermittelt, die sich näherungsweise durch die Umrandung der Grundfläche legen lässt, bis zur Spitze beispielsweise zumindest 15 %, insbesondere zumindest 40 %, ganz insbesondere zumindest 70 %. Ein „kuppelförmiges“ oder auch „sphärisches“ Schleifkorn bezeichnet ein derartiges Schleifkorn mit Abrundung. Bei einem kuppelförmigen Schleifkorn ist die Mantelfläche im Wesentlichen durch zumindest einen Kugelabschnitt beschreibbar (eine „sphärische Kuppel“ oder „Kugelkappe“) - d.h. ein Radius (Abstand) zwischen einem gedachten Mittelpunkt der Kuppel und der Mantelfläche ist im Wesentlichen konstant - oder durch einen abgeflachten Kugelabschnitt (eine „flache Kuppel“) beschreibbar - d.h. ein Radius (Abstand) zwischen einem gedachten Mittelpunkt der Kuppel und der Mantelfläche nimmt zum Zentrum der Kuppel hin ab - oder durch einen überhöhten Kugelabschnitt (eine „Spitzkuppel“) beschreibbar - d.h. ein Radius (Abstand) zwischen einem gedachten Mittelpunkt der Kuppel und der Mantelfläche nimmt zum Zentrum der Kuppel hin zu (beispielsweise ist die Kuppel beschreibbar durch eine rotierte, zur Grundfläche hin geöffnete Parabel). Insbesondere kann ein kuppelförmiges Schleifkorn auch als ein oben beschriebenes stumpfförmiges Schleifkorn verstanden werden, bei dem die Grundfläche kreisförmig ist und die Spitze derart abgerundet ist, dass die entstehende gekrümmte Mantelfläche keine Ecken und keine Spitzen aufweist, sondern über eine umlaufende Kante unmittelbar mit der Grundfläche verbunden ist.
Ferner sind weitere erfindungsgemäße Geometrien denkbar, die insbesondere auf einer vieleckigen (beispielsweise rechteckigen, quadratischen, polygonen, isogonen oder dergleichen) und/oder teilweise eckigen und/oder teilweise gekrümmten (beispielsweise rund, oval, elliptisch oder dergleichen) gekrümmten Grundfläche basieren und die eine Mantelfläche in Form einer Spitze (wie bei einem Kegel oder einer Pyramide), einer Kuppel, einer Sphäre, einer gekappten Spitze (wie bei einem Pyramidenstumpf oder einem Kegelstumpf), einer angefasten Kuppel, einer angefasten Sphäre oder dergleichen aufweisen.
Unter „im Wesentlichen (pyramidenstumpf/...)-förmig“ ist insbesondere zu verstehen, dass geringfügige Abweichungen von der idealen, d.h. mathematisch geometrischen, Form möglich sind, beispielsweise auf Grund fertigungsbedingter Toleranzen oder geringfügiger, die Gesamtform und den Gesamteindruck nicht verändernder, Abwandlungen (wie beispielsweise kleine Dellen oder Vorsprünge in der Mantelfläche, Abrundungen einer Spitze oder dergleichen). Demnach bezieht die Formulierung solche Schleifkörner mit ein, die auf Grund von Fertigungstoleranzen geringfügig von der idealen Form eines geformten Schleifkorns abweichen können. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass es nicht auf die spezielle Ausformung der Ecken oder Spitzen ankommt und dass die Ecken oder Spitzen prinzipiell auch abgerundet sein können, siehe oben. Ferner schließt die Formulierung auch Abwandlungen von der idealen Form mit ein - beispielsweise konkave oder konvexe Ausbuchtungen der Mantelflächen eines Kegels -, sofern diese das gesamte Erscheinungsbild als „im Wesentlichen (pyramidenstumpf/...)-förmig“ nicht verändern.
Erfindungsgemäß weist die Grundfläche des Schleifkorns eine konkave Form auf. Insbesondere liegt somit eine gedachte Verbindung zweier in der Grundfläche befindlicher Punkte nicht innerhalb des Schleifkorns. Fertigungsbedingte Abweichungen davon sind zugelassen. Die Grundfläche beschreibt somit eine schalenförmige Form. In einer Ausführungsform des Schleifkorns ist die konkave Form der Grundfläche als eine Materialaussparung, insbesondere als eine (insbesondere großflächige) Delle, eine (insbesondere großflächige) Kerbe, eine (insbesondere großflächige) Mulde oder ein (insbesondere großflächiger) Krater, im Schleifkorn realisiert. Somit ist die konkave Grundfläche des Schleifkorns fertigungsbedingt einfach realisierbar als eine offene Materialaussparung im Schleifkorn, d.h. eine sich bis an die Oberfläche des Schleifkorns erstreckende und somit zu der Umgebung des Schleifkorns hin offene Materialaussparung. Insbesondere ist die offene Materialaussparung von außen visuell sichtbar. Die konkave Form des Schleifkorns ermöglicht es, eine besonders hohe und langfristige Schleifwirkung zu erzielen. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Schleifkörner dazu vorgesehen, derart ausgerichtet auf einer Schleifartikelunterlage eines erfindungsgemäßen Schleifartikels angeordnet zu werden, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche von der Schleifartikelunterlage wegweist - hin zu einem während eines Schleifprozesses zu bearbeitenden Werkstück. Das gezielte Setzen der erfindungsgemäßen Schleifkörnern auf einer Schleifartikelunterlage bewirkt dabei, dass zunächst eine möglichst große Anzahl von Schleifkörnern auf Grund einer homogenen Höhenverteilung an einem Schleifprozess beteiligt ist. Insbesondere ist denkbar, dass durch ein gezieltes Setzen bis zu 100 % der Schleifkörner gleichförmig stehend ausgerichtet sind und auf Grund ihrer homogenen Höhe somit zu einem besonders starken Schleifeffekt beitragen. Darüber hinaus wirkt die konkave Form der erfindungsgemäßen Schleifkörner, insbesondere die durch die konkave Form bewirkte Materialverjüngung zwischen Mantelfläche und konkaver Grundfläche, als besonders scharfes und somit effektives Schneidelement, das bei entsprechender Anordnung auf einer Schleifartikelunterlage von der Schleifartikelunterlage weg hin zu dem zu bearbeitenden Werkstück weist. Das „Schneidelement“ stellt dabei denjenigen von der Schleifartikelunterlage wegweisenden Teil des Schleifkorns dar, der dazu vorgesehen ist, eine Schleifwirkung auf einen zu schleifenden Körper, d.h. auf ein zu schleifendes oder zu bearbeitendes Werkstück, auszuüben. Vorteilhaft kann somit ein Schleifkorn mit einem besonders scharfen Schneidelement angegeben werden, das speziell derart konstruiert ist, dass mittels des Schneidelements eine besonders hohe Schleifwirkung erzielbar ist. Das Schneidelement ist gebildet durch die Verjüngung zwischen der konkaven Grundfläche und der angrenzenden Mantelfläche an der Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche. Derart bildet die konkave Grenzfläche eine Art Facette, die der Realisierung einer besonders scharfen Kante oder Ecke, insbesondere einer Spitze, dient. Unter der „Facette“ ist dabei eine Anschrägung an der Umrandung des Schleifkorns zwischen Grundfläche und Mantelfläche zu verstehen, wobei die Facette einen Teil der Grundfläche darstellt. Die Facette ist insbesondere leicht konkav geformt. Ähnlich wie bei einem Messer bildet die Facette somit eine Fläche der Schneide einer Klinge des Messers.
Es wurde gefunden, dass die Form der Grundfläche einen Einfluss auf eine Festigkeit oder Elastizität der die Verjüngung oder das Schneidelement bildenden Struktur hat. Folglich kann bei gezielter Ausformung der Verjüngung, wie im Folgenden beschrieben, eine physikalische Eigenschaft des Schleifkorns bewusst beeinflusst und/oder gesteuert werden. Insbesondere kann derart eine Festigkeit und/oder Zähigkeit und/oder Elastizität des Schneidelements bewusst beeinflusst und/oder gesteuert werden und folglich auch die Brucheigenschaften des geformten Schleifkorns bewusst beeinflusst und/oder gesteuert werden. Insbesondere ist das Schneidelement auf Grund der Verjüngung zwischen konkaver Grundfläche und Mantelfläche dazu vorgesehen, während eines Schleifprozesses zu brechen, wobei das Schneidelement dann ersetzt wird durch ein neu ausgeformtes Schneidelement, insbesondere eine neue Kante, Ecke oder Spitze. Ein derartiges, durch einen Bruch des Schleifkorns gebildetes (sekundäres) Schneidelement ist aber im Rahmen dieser Schrift nicht als erfindungsgemäßes Schneidelement zu verstehen. Das sekundäre Schneidelement führt jedoch dazu, dass ein ursprünglich geformtes Schleifkorn, welches in Folge eines Schleifprozesses bricht, eine besonders hohe Schneidfähigkeit beibehält und somit eine besonders lange Standzeit (Lebensdauer) aufweist.
Bei erfindungsgemäßer Anordnung der Schleifkörner auf einer Schleifartikelunterlage bildet die Mantelfläche zumindest teilweise eine Auflagefläche des Schleifkorns, unter deren Verwendung das Schleifkorn auf der Schleifartikelunterlage gelagert ist. Im Falle einer gerundeten, insbesondere rotationssymmetrischen, Mantelfläche (wie beispielsweise bei einem Kegelstumpf) weist das Schleifkorn im Wesentlichen eine gemeinsame Berührungslinie - eine „Standlinie“ - mit der Schleifartikelunterlage auf. Im Falle eines eckigen, insbesondere eines drehsymmetrischen, Schleifkorns (wie beispielsweise im Falle der Geometrie eines Pyramidenstumpfs) weist das Schleifkorn im Wesentlichen eine gemeinsame Berührungsfläche - eine „Standfläche“ - mit der Schleifartikelunterlage auf. Die Standfläche eines flächig aufliegenden Schleifkorns ist derart ausgebildet, dass das Schleifkorn, insbesondere ohne weitere Fixierung beispielsweise mittels eines Klebers oder elektrostatischer Anziehungskräfte, prinzipiell auf dieser Standfläche stehen kann ohne umzukippen. Insbesondere befindet sich im Falle eines aufgestellten Schleifkorns auf eine Schleifartikelunterlage die Projektion des Schwerpunkts des Schleifkorns auf diese Schleifartikelunterlage innerhalb der Standfläche. Das gleiche gilt prinzipiell auch für ein auf einer Standlinie aufliegendes Schleifkorn, wobei hier ein seitliches Wegrollen möglich ist. Auf Grund der konkaven Form der Grundfläche ist in beiden Fällen das Schneidelement vorteilhaft bei einem auf einer Schleifartikelunterlage entsprechend angeordneten Schleifkorn der Standfläche bzw. der Standlinie des Schleifkorns im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet, sodass es während eines Schleifprozesses geeignet und dazu vorgesehen ist, in das zu bearbeitende Werkstück zumindest teilweise einzutauchen und derart seine Schleifwirkung zu entfalten.
In einer Ausführungsform des Schleifkorns schließt die Mantelfläche einen Öffnungswinkel („Spitzenwinkel“), insbesondere auf der der Grundfläche gegenüberliegenden Seite des Schleifkorns, ein, der zwischen 30° und 120°, insbesondere zwischen 60° und 110°, ganz insbesondere zwischen 80° und 100° liegt. Der Öffnungswinkel ist dabei als der Winkel zu verstehen, der von der Mantelfläche aufgespannt wird, insbesondere an einer Ecke oder Spitze der Mantelfläche aufgespannt wird. Bei einer Pyramide oder einem Pyramidenstumpf ist dieser Winkel gegeben durch den (theoretischen/gedachten) Schnittwinkel zweier im Wesentlichen gegenüberliegender Seitenflächen. Bei vielflächigen Pyramiden oder Pyramidenstümpfen kann dieser Öffnungswinkel besser beschreibbar sein durch den Öffnungswinkel eines die Pyramide oder den Pyramidenstumpf einhüllenden Kegels. Bei einer kuppelförmigen Geometrie ist der Öffnungswinkel definiert über den Winkel zwischen zwei im Wesentlichen gegenüberliegend (d.h. im Wesentlichen in einer Ebene liegend) angeordneten (gedachten) Tangenten an die Kuppel. Da das Schleifkorn im gesetzten Zustand auf einer Schleifartikelunterlage vorteilhaft auf der Mantelfläche liegend positioniert ist, stellt der Öffnungswinkel des Schleifkorns eine Art Anstellwinkel des Schneidelements dar, bezogen auf die Schleifartikelunterlage. Bei einem Schleifkorn, das eine kegelstumpfförmige Geometrie mit einem Öffnungswinkel von 45° aufweist, liegt das Schneidelement bei auf einer Schleifartikelunterlage positioniertem Schleifkorn unter einem Winkel von ca. 45° bezogen auf die Schleifartikelunterlage. Es wurde gefunden, dass ein Anstellwinkel zwischen 70° und 110° (entsprechend eines Öffnungswinkels zwischen 70° und 110°) besonders gute Schleifeigenschaften des resultierenden Schleifartikels bewirkt für den Fall, dass die Schleifkörner statistisch verteilt auf der Schleifartikelunterlage angeordnet sind. Ferner wurde gefunden, dass ein Anstellwinkel zwischen 30° und 60° (entsprechend eines Öffnungswinkels zwischen 30° und 60°) besonders gute Schleifeigenschaften des resultierenden Schleifartikels bewirkt für den Fall, dass die Schleifkörner mit der konkaven Grundfläche in Richtung einer beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels orientiert auf der Schleifartikelunterlage angeordnet sind.
Beträgt der Öffnungswinkel deutlich mehr als 90° (beispielsweise 160°) oder deutlich weniger als 90° (beispielsweise 15°), so kann ein besonders flaches Schleifkorn realisiert werden. Als ein flaches Schleifkorn wird ein Schleifkorn mit einem geometrischen Körper angesehen, dessen maximale Erstreckung/Ausdehnung in eine erste Richtung um ein Vielfaches größer ist als eine maximale Erstreckung in eine zweite Richtung, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrecht steht. Insbesondere kann ein Verhältnis von Erstreckung in erster Richtung zur Erstreckung in zweiter Richtung in einem Bereich von 1,3 bis 10 liegen, insbesondere in einem Bereich von 1,5 bis 5 liegen, ganz insbesondere in einem Bereich von 2 bis 4.
Es wurde gefunden, dass die Form der Verjüngung des Schleifkorns auf der von einer Schleifartikelunterlage wegweisenden Seite des Schleifkorns die wesentlichen Eigenschaften hinsichtlich Schneidfähigkeit und Bruch während eines Schleifprozesses vorgibt. Insbesondere die Ausformung des Bereichs um die Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche - d.h. die Ausformung der Materialverjüngung - charakterisiert die anfängliche Schärfe, eine Nachschärffähigkeit und somit die Standzeit eines Schleifkorns während eines Schleifprozesses. Insbesondere der Innenwinkel, der sich als Winkel zwischen der Grundfläche und der Mantelfläche an der Umrandung (Kante) der Grundfläche ergibt, beeinflusst unmittelbar eine Schärfe (Schneidfähigkeit) des Schleifkorns. In einer Ausführungsform des Schleifkorns weist diese zwischen der Grundfläche und der Mantelfläche zur Umrandung der Grundfläche hin einen Innenwinkel auf (im Schleifkorn innenliegend), der zwischen 10° und 80°, insbesondere zwischen 10° bis 60°, ganz insbesondere zwischen 10° und 40°, liegt. Vorteilhaft ist dieser Innenwinkel ein spitzer Winkel und insbesondere nicht 0° und nicht 90°. Alternativ oder zusätzlich kann die Grundfläche zur Umrandung hin durch einen gekrümmten, insbesondere kontinuierlichen, Übergang realisiert sein. Dabei kann der gekrümmte, insbesondere kontinuierliche, Übergang durch einen Krümmungsradius beschreibbar sein. Der Krümmungsradius kann beispielsweise zumindest 100 µm, insbesondere zumindest 1000 µm, ganz insbesondere zumindest 2000 µm betragen.
In einer Ausführungsform des Schleifkorns weist die Grundfläche einen im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt und zu der Umrandung der Grundfläche hin, d.h. zur Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche hin, eine Erhöhung auf. Mit anderen Worten weicht die Form der Grundfläche zur Umrandung hin von dem im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt ab, sodass der im Wesentlichen planare Mittenabschnitt ins Schleifkorn hineinversetzt angeordnet und somit die Grundfläche konkav ist. Insbesondere ist die Grundfläche derart zu allen Seiten der Umrandung hin (d.h. umlaufend) erhöht. Derart kann eine besonders hohe Schneidfähigkeit entlang der gesamten Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche realisiert werden. Vorteilhaft ist somit die Schneidfähigkeit eines auf einer Schleifartikelunterlage angeordneten Schleifkorns prinzipiell unabhängig von einer rotativen Ausrichtung des Schleifkorns um eine Achse, die im Wesentlichen parallel (oder kollinear) zur Grundflächennormalen verläuft.
In einer alternativen Ausführungsform des Schleifkorns weist die Grundfläche eine im Wesentlichen trichterförmige Form und zu der Umrandung der Grundfläche hin, d.h. zur Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche hin, eine Erhöhung auf. Insbesondere unterscheidet sich eine trichterförmige Form dadurch von einer Grundfläche mit einem im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt, dass hier die Grundfläche zur Mitte der Grundfläche hin sich immer weiter in das Schleifkorn hinein erstreckt.
Wie bereits zur Definition der Höhe T_SK ausgeführt, kann in einer Ausführungsform des Schleifkorns die Umrandung der Grundfläche - d.h. die Kante zwischen Grundfläche und Mantelfläche - als im Wesentlichen in einer Ebene befindlich angesehen werden. Bezogen auf diese Ebene weist jeder Punkt der Grundfläche (außer derjenigen auf der Umrandung) eine veränderliche Tiefe T_GF auf. Erfindungsgemäß beträgt die Tiefe T_GF zumindest 20 µm, insbesondere 50 µm, ganz insbesondere 100 µm. Zur einfacheren Fertigung der konkaven Form des Schleifkorns ist es ferner möglich, die Tiefe T_GF auf maximal 600 µm zu begrenzen, insbesondere auf 400 µm, ganz insbesondere auf 200 µm. In einer Ausführungsform des Schleifkorns weist jeder Punkt in der Grundfläche bezogen auf diese Ebene eine veränderliche Tiefe T_GF auf, die zwischen 10 % und 90 %, insbesondere zwischen 15 % und 50 %, ganz insbesondere zwischen 20 % und 40 %, der Höhe T_SK des Schleifkorns beträgt (d.h. das Verhältnis T_GF/T_SK beträgt 0,1 bis 0,9, insbesondere 0,15 bis 0,5, ganz insbesondere 0,2 bis 0,4).
In einer Ausführungsform des Schleifkorns weist die Grundfläche zur Umrandung der Grundfläche hin einen Winkel bezogen auf die Ebene von 10° bis 80°, insbesondere von 20° bis 60°, ganz insbesondere von 30° bis 50° auf.
In einer Ausführungsform des Schleifartikels weist das Schleifkorn eine Verjüngung an der Umrandung auf, deren Dicke auf Grund der konkaven Form der Grundfläche über einen weiteren Bereich in das Schleifkorn hinein nur wenig zunimmt. Auf diese Weise kann realisiert werden, dass das Schleifkorn während eines Schleifprozesses kontinuierlich weiter brechen kann und so über einen vergleichsweise langen Zeitraum eine hohe Schneidfähigkeit behält, insbesondere durch die Nachschärffähigkeit regelmäßig wiederherstellt.
Das erfindungsgemäße Schleifkorn kann eine Grösse im gesamten Grössenbereich aufweisen, der auch für herkömmliche Schleifkörner üblich ist. Üblicherweise führen Schleifkörner mit grösseren Grössen zu einem höheren Materialabtrag von einer bearbeiteten Oberfläche als kleinere Schleifkörner. Beispielsweise kann das Schleifkorn eine Grösse im Bereich von 100 µm bis 2000 µm haben. Diese Größe kann experimentell mit Hilfe eines Mikroskops bestimmt werden. Sie wird verstanden als der Durchmesser eines Hüllkreises des mikroskopierten Bildes des Schleifkorns, also als der kleinste Durchmesser eines Kreises, der das Bild umschliesst. Alternativ kann die Größe auch als ein mittlerer Durchmesser des Schleifkorns verstanden werden. Der mittlere Durchmesser ergibt sich dabei als derjenige Durchmesser, der der gemittelten Entfernung aller Punkte auf der Oberfläche des Schleifkorns von dem Zentrum des Durchmessers, insbesondere des geometrischen Mittelpunkts des Schleifkorns, entspricht. In einem Ausführungsbeispiel weist das Schleifkorn eine Grösse von 1200 µm auf.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das geformte keramische Schleifkorn auf Basis von alpha-Al₂O₃ einen Anteil an ZrO₂ von 10 Gew.% bis 30 Gew.% enthält. In einer Ausführungsform weist das alpha-Al₂O₃ eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 µm bis 3 µm, vorzugsweise von 0,6 µm bis 2 µm, auf, und das ZrO₂ eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 µm bis 8 µm, vorzugsweise von 0,3 µm bis 1,5 µm. Insbesondere ist das ZrO₂ mit einem Anteil von 10 Gew.% bis 25 Gew.%, ganz insbesondere von 15 Gew.% bis 22 Gew.%, enthalten. Als Ausgangsstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Schleifkorns wird ferner ZrO₂ verwendet. ZrO₂ ist dem Fachmann ebenfalls an sich bekannt und im Handel, zum Beispiel in Pulverform, erhältlich. Es wurde gefunden, dass sich ein erhöhter Anteil an ZrO₂ auf die Schleifleistung von Schleifartikeln, die mit den erfindungsgemäßen Schleifkörnern bestückt sind, vorteilhaft auswirkt. Es wird vermutet, dass durch den erhöhten Anteil an ZrO₂ ein kontinuierlicher, mikrokristalliner Abbau der Schleifkörner erreicht wird, der fortlaufend neue und scharfe Schneidkanten freisetzt. Ein erhöhter Anteil an ZrO₂ könnte mit einer erhöhten Anzahl an Schwachstellen im Gefüge der Schleifkörner verbunden sein, die sich positiv auf die Schleifeigenschaften der Schleifkörner auswirken. Ein Schleifkorn mit einem Anteil an alpha-Al₂O₃ und ZrO₂ wird auch als zweiphasiges Schleifkorn bezeichnet. Unter einer mittleren Kristallitkorngröße wird hier die Korngröße des alpha-Al₂O₃- bzw. ZrO₂-Kristallitkorns in dem geformten keramischen Schleifkorn verstanden. Dabei bedeutet eine mittlere Kristallitkorngröße, dass ein Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl an Messwerten für die Kristallitkorngröße gebildet wird. Die Kristallitkorngröße kann mittels an sich bekannter Verfahren, wie zum Beispiel REM- oder XRD-Analyse, bestimmt werden. Zum Beispiel können die Abbildungen einer REM-Analyse mit Hilfe des Linienschnittverfahrens ausgewertet werden. Das Linienschnittverfahren (auch als Linienverfahren bezeichnet) ist dem Fachmann aus der Gefügeanalyse an sich bekannt. Dabei wird für die Bestimmung der Korngröße ein Mittelwert aller gemessenen Schnittsegmentlängen gebildet. Gegebenenfalls kann bei der Ermittlung des Mittelwerts noch ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Schleifartikel, welcher erfindungsgemäße geformte keramische Schleifkörner aufweist. Bei dem Schleifartikel handelt es sich insbesondere um einen beschichteten Schleifartikel. Der Schleifartikel umfasst insbesondere eine flexible Unterlage mit zumindest einer Schicht, insbesondere aus Papier, Pappe, Vulkanfiber, Schaumstoff, einem Kunststoff, einem textilen Gebilde, insbesondere einem Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflecht, Vlies, oder einer Kombination dieser Materialien, insbesondere Papier und Gewebe, in einer oder mehreren Schichten. Die flexible Unterlage verleiht dem Schleifartikel hinsichtlich Haftung, Dehnung, Reiss- und Zugfestigkeit, Flexibilität und Stabilität spezifische Eigenschaften. Bei einem beschichteten Schleifartikel haften die Schleifkörner insbesondere mittels eines Grundbinders auf der Unterlage. Mit dem Grundbinder werden die Schleifkörner insbesondere in der gewünschten Stellung und Verteilung auf der Unterlage vorfixiert. Dem Fachmann sind geeignete Grundbinder zum Anbringen von Schleifkörnern auf einer flexiblen Unterlage aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Als Grundbinder kommen insbesondere Kunstharze, wie zum Beispiel Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz, in Betracht. Zusätzlich zu dem Grundbinder kann der Schleifartikel zumindest einen Deckbinder, beispielsweise zwei Deckbinder, aufweisen. Der oder die Deckbinder sind insbesondere schichtweise auf dem Grundbinder und den Schleifkörnern aufgebracht. Dabei verbindet der oder die Deckbinder die Schleifkörner fest untereinander und fest mit der Unterlage. Dem Fachmann sind ferner geeignete Deckbinder aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Als Deckbinder kommen insbesondere Kunstharze, wie zum Beispiel Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyesterharz, in Betracht. Darüber hinaus können weitere Bindemittel und/oder Zusatzstoffe vorgesehen sein, um dem Schleifartikel spezifische Eigenschaften zu verleihen. Derartige Bindemittel und/oder Zusatzstoffe sind dem Fachmann geläufig. Alternative Schleifartikel, wie zum Beispiel gebundene Schleifartikel, sind ebenfalls möglich. Bei gebundenen Schleifartikeln handelt es sich insbesondere um kunstharzgebundene Trenn- und Schruppscheiben, die dem Fachmann geläufig sind. Für kunstharzgebundene Trenn- und Schruppscheiben wird aus Schleifmineralien sowie Füllstoffen, Pulverharz und Flüssigharz eine Masse gemischt, die dann zu Trenn- und Schruppscheiben in verschiedenen Stärken und Durchmessern gepresst werden. Der Schleifartikel kann in unterschiedlichen Konfektionsformen vorliegen, zum Beispiel als Schleifscheibe oder als Schleifband, als Bogen, Rollen oder Streifen.
In einer Variante des Schleifartikels sind neben den erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkörnern auch anderweitig geformte und/oder nicht geformte, insbesondere gebrochene, „weitere“ Schleifkörner und/oder teilweise geformte „weitere“ Schleifkörner enthalten. Diese weiteren Schleifkörner dienen zum Beispiel als Stützkörner und/oder Lückenfüller. In dieser Variante des Schleifartikels beträgt der Anteil an erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkörnern zumindest 5 %, insbesondere zumindest 25 %, ganz insbesondere zumindest 50 % oder gar 75 %, bezogen auf die Gesamtmenge an Schleifkörnern (beispielsweise ermittelbar über Gewichtsprozent). Nicht geformte keramische Schleifkörner weisen im Unterschied zu geformten keramischen Schleifkörnern keine definierte Geometrie auf. Sie weisen keine definierte dreidimensionale Form von definierter Größe auf. Bei der Herstellung derartiger Schleifkörner findet kein definierter Formgebungsprozess statt. Nicht geformte Schleifkörner sind von unregelmäßiger Gestalt und sind zufällig geformt. Sie können durch Zerkleinern, zum Beispiel durch Brechen, hergestellt werden, wobei das Zerkleinern auf zufällige Weise erfolgt, so dass die Schleifkörner von Bruchstücken gebildet sind. Derartige nicht geformte, insbesondere gebrochene Schleifkörner sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Ihre Herstellung ist zum Beispiel in EP 947485 A1 beschrieben. Es wurde gefunden, dass ein Schleifartikel mit einer Mischung aus Schleifkörner mit erfindungsgemäßer Eigenschaft und weiteren Schleifkörner ebenfalls eine erhöhte Schleifleistung liefert. Ein solcher Schleifartikel hat gegenüber einem Schleifartikel, bei dem lediglich erfindungsgemäße Schleifkörner vorhanden sind, den Vorteil, dass der Schleifartikel technisch schneller herstellbar und somit wirtschaftlich kostengünstiger ist, bei dennoch verbesserten Schleifeigenschaften.
In einer Ausführungsform des Schleifartikels sind zumindest 30 %, insbesondere zumindest 70 %, ganz insbesondere zumindest 90 % oder 95 % der geformten keramischen Schleifkörner des Schleifartikels derart ausgerichtet, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche von der Schleifartikelunterlage weg weist. Es sei angemerkt, dass erfindungsgemäße Schleifkörnern bei einem Streuen auf eine Schleifartikelunterlage typischerweise so orientiert fallen, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche von der Schleifartikelunterlage weg weist (d.h. die Grundfläche wird nicht als Standfläche des Schleifkorns genutzt). Vorteilhafte Schleifeigenschaften wie eine besonders gute Abtragsfähigkeit und/oder eine besonders lange Standzeit eines mit den Schleifkörnern bestreuten Schleifartikels sind die Folge. Ferner kann ein Schleifkorn auch unter Verwendung einer Schablone oder auch manuell gezielt ausgerichtet auf eine Schleifartikelunterlage gesetzt werden. Schleifartikel mit einem Anteil ausgerichteter Schleifkörner von bis zu 100 % sind denkbar.
In einer Ausführungsform des Schleifartikels sind die geformten keramischen Schleifkörner im Wesentlichen derart ausgerichtet auf der Schleifartikelunterlage des Schleifartikels angeordnet, dass die konkave Grundfläche mit der Öffnung in Richtung einer beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels orientiert sind. Unter „im Wesentlichen derart ausgerichtet“ ist zu verstehen, dass mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 %, ganz insbesondere mindestens 90 % der erfindungsgemäßen Schleifkörner entsprechend orientiert sind. Derart kann eine besonders hohe Schleifwirkung des Schleifartikels realisiert werden. Die Richtung einer beabsichtigten Verwendung wird dabei typischerweise durch die Form des Schleifartikels und insbesondere auch durch den beabsichtigten Schleifprozess vorgegeben (beispielsweise Verwendung eines Schleifbandes in einem Bandschleifgerät mit linearer Bewegungsrichtung des Schleifbandes oder Verwendung einer Schleifscheibe in einem Rotationsschleifgerät mit kreisförmiger oder elliptischer Bewegungsrichtung der Schleifscheibe). Indem die Schleifkörner entsprechend ausgerichtet werden, werden ebenfalls die Schneidelemente der Schleifkörner vorteilhaft bezüglich der Richtung der beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels ausgerichtet. Auf Grund der erfindungsgemäßen Schleifkorngeometrie ist es nunmehr möglich, Schneidelemente der Schleifkörner, d.h. die Materialverjüngung bzw. Facette, in Richtung der beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels anzuordnen, wobei gleichzeitig eine stabilisierende Auflagefläche des Schleifkorns ebenfalls in Richtung der beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels ausgerichtet ist. Derart ist das Schleifkorn vorteilhaft so angeordnet, dass es der hohen mechanischen Belastung (Kraft), die während des Schleifprozesses in Folge der Relativbewegung zum Werkstück wirkt, einen besonders hohen Widerstand durch einen besonders stabilen Stand entgegensetzen kann (das Schleifkorn kann nicht umkippen). Folglich lassen sich durch gezieltes Setzen der Schleifkörner diese sich so ausrichten, dass die Schneidelemente, insbesondere die Materialverjüngung bzw. Facette, in Richtung der beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels orientiert sind. Ein besonders scharfer Schnitt durch das zu schleifende Werkstück mit einer kleinen Schnittfläche sind besondere Vorteile, wobei gleichzeitig Reibungsverluste vermindert werden und eine Wärmeentwicklung bei einem Schleifprozess verringert wird. Insgesamt werden die Eigenschaften des derart realisierten Schleifartikels wesentlich verbessert.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Gießform zum Herstellen der erfindungsgemässen Schleifkörner in erfindungsgemäßem Verfahren zur Herstellung der Schleifkörner. Die Gießform zum Herstellen erfindungsgemäßer geformter keramischer Schleifkörner weist zumindest eine Formkavität, bevorzugt eine Vielzahl von Formkavitäten, auf, wobei die zumindest eine Formkavität eine untere Formoberfläche, eine Formseitenwand und eine Tiefe zwischen unterer Formoberfläche und Oberfläche der Gießform umfasst. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe ungefähr 500 µm. Die Formkavität ist dabei komplementär zur Form zumindest eine Teils der Oberfläche des erfindungsgemäßen Schleifkorns ausgeformt, wobei die Querschnittsgeometrie der zumindest einen Formkavität der Querschnittsgeometrie des Schleifkorns entspricht. Zur Ausformung des zumindest einen Schneidelements kann die Formkavität entsprechende Merkmale wie beispielsweise Schrägen oder dergleichen aufweisen. Die Gießform kann beispielsweise Silikon oder andere, insbesondere thermoplastische, Kunststoffe wie thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyvinylchlorid (PVC) oder dergleichen enthalten oder daraus bestehen. Die Vertiefungen können eine offene Deckfläche aufweisen, durch die eine Dispersion eingefüllt werden kann.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines geformten keramischen Schleifkorns, wobei das Schleifkorn erfindungsgemäße Geometrie aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Herstellen eines Schlickers aus zumindest einem alpha-Al₂O₃-Pulver, insbesondere mit Zusätzen eines ZrO₂-Pulvers, und einem Dispersionsmittel, wobei in dem Schlicker ein Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 µm bis 8 µm beträgt;
b) Einfüllen des Schlickers in Vertiefungen einer Gießform, wobei die Vertiefungen eine definierte, erfindungsgemäße Geometrie aufweisen (zur Geometrie vergleich Ausführungen zum Schleifkorn, die hier als Negativform ausgebildet sind);
c) Trocknen des Schlickers in den Vertiefungen zu Schleifkornvorläufern, wobei ein Feststoffgehalt der Schleifkornvorläufer von 85 Gew.% bis 99,9 Gew.% beträgt;
d) Entfernen der Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen;
e) Sintern der Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert in dieser Ausführungsform auf dem Schlicker-Verfahren. Die Herstellung der erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkörner erfolgt dabei insbesondere nicht nach dem aus der Literatur hinlänglich bekannten Sol-Gel-Verfahren. Die einzelnen Verfahrensschritte sind insbesondere in DE 10 2017 207 322 A1 näher erläutert.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines keramischen geformten Schleifkorns gemäß Stand der Technik;
2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer (a) Aufsicht, (b) perspektivischer Ansicht und (c) Schnittansicht;
3 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer (a) Aufsicht, (b) perspektivischer Ansicht, (c) Schnittansicht und (d) mit einer Modifikation;
4 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
5 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
6 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
7 drei alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schleifkorns jeweils in schematischer perspektivischer Ansicht (a)-(c) und in Schnittansicht (d);
8 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
9 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
10 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer perspektivischer Ansicht;
11 eine vergrößerte Darstellung des Schneidelements eines erfindungsgemäßen Schleifkorns in schematischer Schnittansicht;
12 einen Ausschnitt aus einer schematischen Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifartikels;
13 Ausschnitte (a)-(e) aus schematischen Schnittdarstellung jeweils alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schleifartikels mit ausgerichtet gesetzten Schleifkörnern;
14 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkorns.

In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines geformten keramischen Schleifkorns 10, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, schematisch (insbesondere nicht maßstabstreu) dargestellt. Die geometrische Form des Schleifkorns 10 wird durch ein regelmäßiges dreiseitiges gerades Prisma mit den Seitenkanten 12 und den Höhenkanten 14 gebildet. Die Grundfläche 16 und die Deckfläche 18 werden dementsprechend jeweils von drei gleich langen Seitenkanten 12 gebildet. Die Grundfläche 16 und die Deckfläche 18 sind gleich groß und voneinander beabstandet. Drei Seitenflächen 20 werden von Rechtecken gebildet und sind im Wesentlichen gleich groß. In der beispielhaften Ausführungsform nach 1 haben die Seitenkanten 12 eine Länge von 1400 µm. Die Länge der Höhenkante 14 beträgt 410 µm. Das keramische Schleifkorn 10 ist auf Basis von alpha-Al₂O₃ hergestellt.
2 bis 10 zeigen jeweils Ausführungsformen erfindungsgemäßer geformter keramischer Schleifkörner 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 (im Folgenden 100-900) auf Basis von alpha-Al₂O₃. Die Ansichten stellen schematische und nicht maßstabstreue Ansichten dar. Die Größe der dargestellten Schleifkörner 100-900 liegt im Bereich von 500 µm bis 2000 µm (beispielsweise ermittelt als minimaler Durchmesser einer Kugel, in die das Schleifkorn 100-900 einpassbar ist), je nach gewünschter Feinheit eines zu erzielenden Schleifresultats. Beispielhaft kann das Schleifkorn eine Größe von 1200 µm aufweisen.
Die Schleifkörner 100-900 weisen allesamt zumindest eine Grundfläche 102-902 und eine Mantelfläche 104-904 auf. Die Schleifkörner 100-500 der 2-6 weisen eine im Wesentlichen pyramidenstumpfförmige Form oder Geometrie auf. Die Schleifkörner 600a, 600b, 600c der 7 weisen eine im Wesentlichen kuppelförmige Form auf. Das Schleifkorn 700 der 8 weist eine im Wesentlichen kegelförmige Form auf. Das Schleifkorn 800 der 9 weist eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form auf. Abschließen weist das Schleifkorn 900 der 10 eine Mischung aus einer kegelstumpfförmigen und einer pyramidenstumpfförmigen Form auf. Die Grundfläche 102-902 eines jeden der dargestellten Schleifkörner 100-900 weist erfindungsgemäß eine konkave, d.h. nach innen gewölbte Form auf. Die Grundfläche 102-902 beschreibt somit eine schalenförmige Form. Dabei ist die konkave Form der Grundfläche 102-902 als Materialaussparung, insbesondere als eine großflächige Delle, im Schleifkorn 100-900 realisiert. Die konkave Form der Grundfläche 102-902 eines Schleifkorns 100-900 ermöglicht es, eine besonders hohe und langfristige Schleifwirkung zu erzielen, insbesondere wenn ein Schleifkorn 100-900 derart ausgerichtet auf einer Schleifartikelunterlage 1002 eines erfindungsgemäßen Schleifartikels 1000a-e (vgl. 13) angeordnet ist, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche 102-902 von dem Schleifartikel 1000a-e, insbesondere von der Schleifartikelunterlage 1002, wegweist - hin zu einem während eines Schleifprozesses zu bearbeitenden Werkstück (nicht näher dargestellt).
Das nicht-stumpfförmige Schleifkorn 700 der 8 weist neben der Grundfläche 702 und der Mantelfläche 704 keine weiteren Flächen auf, insbesondere keine Deckfläche (wie beispielsweise in 9, Bezugszeichen 806). Daher bilden die Grundfläche 702 und die Mantelfläche 704 - hier bestehend aus einer durchgehenden gekrümmten Seitenflächen 708 - gemeinsam die gesamte Oberfläche des jeweiligen Schleifkorns 700. Die Mantelfläche 704 des nicht-stumpfförmigen Schleifkorns 700 schließt eine Ecke 710, hier insbesondere eine Spitze 712, ein. Es sei angemerkt, dass die Spitze 712 auch durch einen Krümmungsbereich (vgl. beispielsweise 3d, Bezugszeichen 214) ersetzt sein kann, mit einem Krümmungsradius, der zwischen 10 µm und 300 µm liegt (für Schleifkorn 700 hier nicht näher dargestellt).
Im Gegensatz dazu weisen die stumpfförmigen Schleifkörner 100-600, 800-900 der 2-7, 9-10 neben der Grundfläche 102-602, 802-902 und der Mantelfläche 104-604, 804-904 (jeweils bestehend aus einer Mehrzahl von Seitenflächen 108-604, 808-908) jeweils eine Deckfläche 106-606, 806-906 auf. Die jeweilige Deckfläche 106-606, 806-906 beschneidet eine (gedachte oder theoretische) vollständige, d.h. nicht-stumpfförmige, Geometrie (wie in 3d, 4 oder 6 als gepunktete Spitzen dargestellt). Dabei ist ein wesentlicher Teil der ansonsten vollständigen Geometrie bewusst weggelassen - bezogen auf die ansonsten vollständige Höhe bis zur (eigentlichen/gedachten) Spitze 112-612, 812-912 - vgl. 3d oder 7d - beträgt dieser Teil hier zumindest 25 % oder.
Bei den Schleifkörnern 100-600, 900 ist die Deckfläche 106-606, 906 im Wesentlichen parallel zur Grundfläche 102-602, 902 ausgerichtet, d.h. zwei Ebenen, die sich jeweils der Grundfläche 102-602, 902 und der Deckfläche 106-606, 906 annähern und gegebenenfalls in diesen Flächen vorhandene Unebenheiten mitteln, sind derart parallel, dass eine Abweichung von einer idealen parallelen Anordnung weniger als 5° beträgt. Im Gegensatz dazu weist das kegelstumpfförmige Schleifkorn 800 der 9 eine Deckfläche 806 auf, die schiefwinklig zur Grundfläche 802 ausgerichtet ist. Zur Unterscheidung ist eine Deckfläche 806a des Schleifkorns 800 gestrichelt dargestellt, die im Wesentlichen parallel zur Grundfläche 802 angeordnet ist.
Bei den erfindungsgemäßen Schleifkörnern 100-900 schließt die Mantelfläche 104-904 einen Öffnungswinkel 130-930 auf der der Grundfläche 102-902 gegenüberliegenden Seite des Schleifkorns 100-900, ein, der zwischen 40° und 120° liegt. In den 3d und 6 ist der Öffnungswinkel 230, 530 beispielhaft eingetragen. Es sei angemerkt, dass der Öffnungswinkel 130-930 von der Mantelfläche 104-904 aufgespannt wird und dabei insbesondere an der (ggf. gedachten) Ecke 110-910 oder Spitze 112-912 der Mantelfläche 104-904 angeordnet ist. Somit weisen ebenfalls stumpfförmige Schleifkörner 100-600, 800-900 einen Öffnungswinkel auf (vgl. insbesondere 230 in 3d). Das Schleifkorn 300 der 4 weist einen vergleichsweise großen Öffnungswinkel 330 auf (hier nicht eingetragen), sodass das Schleifkorn 300 ein besonders flaches Schleifkorn 300 darstellt (vgl. insbesondere auch 13d).
In dem Ausführungsbeispiel des Schleifkorns 200a, schematisch dargestellt in 3d, ist die Stumpfform durch eine Abrundung 216 der ansonsten vorhandenen Spitze 212 realisiert, d.h. an Stelle einer ebenen Deckfläche (hier zur Veranschaulichung gestrichelt) ist hier der wesentliche Teil der ansonsten vollständigen Geometrie des Schleifkorns 200a durch eine gerundete Fläche - die Abrundung 216 - ersetzt.
Die Ausführungsbeispiele eines kuppelförmigen Schleifkorns 600a, 600b, 600c in 7 stellen extreme Ausführungsbeispiele mit Abrundung 616 dar, bei dem die Mantelfläche 604 im Wesentlichen durch zumindest einen (normalen) Kugelabschnitt 618b (7b) oder einen abgeflachten Kugelabschnitt 618c (eine „flache Kuppel“, 7c) oder einen überhöhten Kugelabschnitt 618a (eine „Spitzkuppel“, 7a) beschreibbar ist. In 7d sind Schnitte durch diese Schleifkörner 600a, 600b, 600c dargestellt, wobei die unterschiedlich ausgeformten Abrundungen 616 gut erkennbar sind.
Das pyramidenstumpfförmige Schleifkorn 500 in 6 weist eine „schiefwinklige“ Form auf, bei der die Projektion der (gedachten) Spitze 512 auf die Grundfläche 502 außerhalb der Grundfläche 502 liegt. Mit anderen Worten liegt die gedachte Spitze 512 - wenn das Schleifkorn 500 als auf der Grundfläche 502 stehend vorgestellt wird (wie hier in etwa dargestellt) - nicht über der Grundfläche 502.
Abschließend stellt das Schleifkorn 900 in 10 eine Mischform einer kegelstumpfförmigen Form (auf der dem Leser zugewandten Seite 950 des Schleifkorns 900) und einer pyramidenstumpfförmigen Form (auf der dem Leser abgewandten Seite 952 des Schleifkorns 900) dar, bei der die Deckfläche 906 im Wesentlichen parallel zur Grundfläche 902 ausgerichtet ist.
In 11 ist der für die Schleifwirkung eines jeden Schleifkorns 100-900 besonders wichtige Teil der Schleifkörner 100-900 vergrößert dargestellt. Bei einem jeden Schleifkorn 100-900 bilden die Grundfläche 102-902 und die Mantelfläche 104-904 zwei aneinander angrenzende Flächen, die eine gemeinsame Kante 120-920 - die Umrandung 122-922 der Grundfläche 102-902 - bilden. Der Innenwinkel 124-924 eines Schleifkorns 100-900 an diesen jeweiligen Kanten 120-920 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 11 (und auch bei den anderen dargestellten Schleifkörnern 100-900) jeweils kleiner als 80°, hier insbesondere kleiner als 45°. Die konkave Form der Schleifkörner 100-900, insbesondere die durch die konkave Form bewirkte Materialverjüngung 126-926 zwischen Mantelfläche 104-904 und konkaver Grundfläche 102-902, wirkt bei jedem Schleifkorn 100-900 als besonders scharfes Schneidelement 128-928. Das Schneidelement 128-928 ist derart gestaltet, dass es während eines Schleifprozesses prinzipiell brechen kann, wobei das Schneidelement 128-928 dann ersetzt wird durch ein neu ausgeformtes weiteres Schneidelement, insbesondere eine neue Kante, Ecke und/oder Spitze (hier nicht näher dargestellt).
Das Schneidelement 128-928 ist gebildet durch die Materialverjüngung 126-926 zwischen Mantelfläche 104-904 und konkaver Grundfläche 102-902. Dabei ist die Schärfe des Schneidelements 128-928 durch den Innenwinkel 124-924 charakterisiert, der sich als Winkel zwischen der Grundfläche 102-902 und der Mantelfläche 104-904 an der Umrandung 122-922 (d.h. der Kante 120-920) der Grundfläche 102-902 ergibt. Der Innenwinkel 124-924 beträgt hier (vgl. 11) insbesondere weniger als 45° und stellt somit einen verhältnismäßig spitzen Winkel dar (insbesondere verglichen mit einem 90°-Winkel zwischen Seitenkante 12 und Höhenkante 14 bei Schleifkörnern des Stands der Technik, vgl. 1). Dabei ist die Grundfläche 102-902 zur Umrandung 122-922 hin durch einen gekrümmten kontinuierlichen Übergang 132-932 beschreibbar, der einen Krümmungsradius r aufweist, der hier 1000 µm beträgt. Die Grundfläche 102-902 weist einen im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt 134-934 auf. Zur Umrandung 122-922 der Grundfläche 102-902 hin, d.h. zur Kante 120-920 zwischen Grundfläche 102-902 und Mantelfläche 104-904 hin, wölbt/erhöht/erhebt sich die Grundfläche, sodass der im Wesentlichen planare Mittenabschnitt 134-934 ins Schleifkorn 100-900 hineinversetzt angeordnet und somit die Grundfläche 102-902 konkav ist. Durch diese Ausgestaltung weist jedes Schleifkorn 100-900 zu allen Seiten seiner Umrandung 122-922, d.h. entlang der gesamten (umlaufenden) Kante 120-920 zwischen Grundfläche 102-902 und Mantelfläche 104-904, zumindest ein Schneidelement 128-928 auf. Im Falle einer gekrümmten oder gerundeten Kante 620-920, wie sie bei den kegelstumpfförmigen und kegelförmigen Schleifkörnern 600-900 vorliegt, bildet das entsprechende Schneidelement 628-828 (teilweise auch das Schneidelement 928), ein umlaufendes Schneidelement 628-928. Somit weisen die dargestellten Schleifkörner 600-800 (in gewissen Grenzen auch Schleifkorn 900) eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Anordnung des Schneidelements 628-928 auf, wobei die Achse 656-956 der Rotation (vgl. 8) im Wesentlichen parallel und/oder kollinear zu einer Normalen der Grundfläche 602-902 ist. Bei den pyramidenstumpfförmigen Schleifkörnern 100-500, teilweise auch bei Schleifkorn 900, liegen hingegen eine Vielzahl von teilweise durch eine dickere Materialverjüngung 136-536 separierte Schneidelemente 128-528 vor. Die dargestellten Schleifkörner 100-500 (in gewissen Grenzen auch Schleifkorn 900) weisen zumindest eine im Wesentlichen drehsymmetrische Anordnung des Schneidelements 128-528 (928) auf, bevorzugt eine rotationssymmetrische Anordnung, wobei die Achse 156-556 (956) der Drehung im Wesentlichen parallel und/oder kollinear zu einer Normalen der Grundfläche 102-502 ist. Beispielsweise weist das Schleifkorn 400 in 5 eine sechszählige Drehsymmetrie bezogen auf die Schneidelemente 428 auf. In allen Fällen ist somit vorteilhaft die Schneidfähigkeit eines auf einer Schleifartikelunterlage 1002 angeordneten Schleifkorns 100-900 weitgehend unabhängig von einer rotativen Ausrichtung des Schleifkorns um eine Achse, die im Wesentlichen parallel zur Normalen der Grundfläche 102-902 verläuft. Durch die Ausbildung der Schneidelemente 128-928 weisen die Schleifkörner 100-900 eine besonders hohe Schneidfähigkeit auf.
Die Umrandung 122-922 der Grundfläche 102-902 - d.h. die Kante 120-920 zwischen Grundfläche 102-902 und Mantelfläche 104-904 - liegt in den dargestellten Ausführungsbeispielen in einer Ebene 138-938 (vgl. auch 2, 3 und 7). Bezogen auf diese Ebene 138-938 weist jeder Punkt der Grundfläche 102-902 eine veränderliche Tiefe T_GF auf. Die Tiefe T_GF beträgt zumindest hier beispielhaft 200 µm. Bezogen auf die jeweilige Höhe T_SK der Schleifkörner 100-900 - d.h. die maximale Erstreckung eines Schleifkorns in Richtung parallel zu einer Normalen der Grundfläche 102-902, gemessen ausgehend von der Ebene 138-938, die sich näherungsweise durch die Umrandung 122-922 der Grundfläche 102-902 legen lässt -weist jeder Punkt in der Grundfläche 102-902 bezogen auf diese Ebene 138-938 eine veränderliche Tiefe T_GF auf, die hier bei ca. 20 % der Höhe liegt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Grundfläche 102-902 zur Umrandung 122-922 der Grundfläche 102-902 hin einen Winkel 154-954 bezogen auf die Ebene von 30° auf. Auf diese Weise kann realisiert werden, dass das Schleifkorn während eines Schleifprozesses kontinuierlich weiter brechen kann und so über einen vergleichsweise langen Zeitraum eine hohe Schneidfähigkeit behält, insbesondere durch die Nachschärffähigkeit regelmäßig wiederherstellt.
12 zeigt einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifartikels 1000 mit erfindungsgemäßen Schleifkörnern 100-900 (hier schematisch durch Dreiecke dargestellt) in einer schematischen Schnittdarstellung. Der Schleifartikel 1000 ist in der dargestellten Ausführungsform ein beschichteter Schleifartikel 1000 mit einer Schleifartikelunterlage 1002 aus Vulkanfiber. Die Schleifartikelunterlage 1002 aus Vulkanfiber dient als flexible Unterlage für die Schleifkörner 100-900. Vulkanfiber ist ein Verbundmaterial aus Zellstoff, insbesondere Baumwoll- oder Zellulosefasern, und ist dem Fachmann als flexible Unterlage für Schleifartikel 1000 aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Schleifkörner 100-900 sind mittels eines Grundbinders 1004, zum Beispiel aus Phenolharz, auf der Schleifartikelunterlage 1002 befestigt. Die Schicht aus Grundbinder 1004 und Schleifkörnern 100-900 ist mit einem Deckbinder 1006, zum Beispiel aus Phenolharz, beschichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Schleifkörner 100-900 in diesem Ausführungsbeispiel nicht mit einer Vorzugsausrichtung gesetzt sind.
13 zeigt in (a) bis (e) jeweils Ausschnitte aus beispielhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schleifartikels 1000a-e in einer schematischen Schnittdarstellung, mit folgenden Schleifkörnern:

- Der dargestellte Schleifartikel 1000a umfasst Schleifkörner 100, 200, 400, 800, 900 (diese weisen eine entsprechende Silhouette im Schnitt auf).
- Der dargestellte Schleifartikel 1000b umfasst Schleifkörner 200a, 600a, 700 (diese weisen eine entsprechende Silhouette im Schnitt auf).
- Der dargestellte Schleifartikel 1000c umfasst dabei prinzipiell Schleifkörner 100, 200, 400, 800, 900 wie bei Schleifartikel 1000a, jedoch mit einem verringerten Öffnungswinkel 130, 230, 430, 830, 930 (diese weisen eine entsprechende Silhouette im Schnitt auf).
- Der dargestellte Schleifartikel 1000d umfasst dabei Schleifkörner 300 mit einem verhältnismäßig großen Öffnungswinkel 330 (diese weisen eine entsprechende Silhouette im Schnitt auf).
- Der dargestellte Schleifartikel 1000e umfasst dabei Schleifkörner 500 (diese weisen eine entsprechende Silhouette im Schnitt auf).

Der Schleifartikel 1000a-e ist in der dargestellten Ausführungsform ein beschichteter Schleifartikel 1000a-e mit einer Schleifartikelunterlage 1002 aus Vulkanfiber. In dieser Variante des Schleifartikels 1000a-e beträgt der Anteil an erfindungsgemäßen geformten keramischen Schleifkörnern ca. 100 % bezogen auf die Gesamtmenge an Schleifkörnern. Die Schleifkörner 100-900 sind auf der Schleifartikelunterlage 1002 mit einer vorteilhaften Anordnung angeordnet. 100 % der geformten keramischen Schleifkörner 100-900 (Zuordnung zu 13a-e siehe oben) des Schleifartikels 1000a-e sind hier derart ausgerichtet, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche 102-902 von der Schleifartikelunterlage 1002 weg weist. Die Schleifkörner 100-900 sind dabei unter Verwendung einer Schablone gesetzt werden.
Die Schleifkörner 100-900 weisen in erfindungsgemäßer Anordnung auf der Schleifartikelunterlage 1002 eine Ausrichtung auf, bei der die Mantelfläche 104-904 zumindest teilweise eine Auflagefläche 1008 des Schleifkorns 100-900 bildet, unter deren Verwendung das Schleifkorn 100-900 auf der Schleifartikelunterlage 1002 gelagert ist. Im Falle einer gerundeten, insbesondere rotationssymmetrischen, Mantelfläche 604-804 (904) - vgl. Schleifkörner 600-800, teilweise auch Schleifkorn 900, in 7-9, 10 - weist das Schleifkorn 600-800, 900 im Wesentlichen eine gemeinsame Berührungslinie 1010 mit der Schleifartikelunterlage 1002 auf. Im Falle eines eckigen, insbesondere eines drehsymmetrischen, Schleifkorns 100-500, teilweise auch 900, in 2-6, 10 - (wie beispielsweise im Falle der Geometrie eines Pyramidenstumpfs) weist das Schleifkorn 100-500, 900 im Wesentlichen eine gemeinsame Berührungsfläche 1012 mit der Schleifartikelunterlage 1002 auf. Die Berührungsfläche 1012 eines flächig aufliegenden Schleifkorns 100-500, 900 ist derart ausgebildet, dass das Schleifkorn 100-500, 900, insbesondere ohne weitere Fixierung beispielsweise mittels eines Klebers oder elektrostatischer Anziehungskräfte, prinzipiell auf dieser Berührungsfläche 1012 stehen kann ohne umzukippen. Das gleiche gilt prinzipiell auch für ein auf einer Berührungslinie 1010 aufliegendes Schleifkorn 600-800, 900, wobei hier jedoch prinzipiell ein seitliches Wegrollen möglich ist. Die auf die Schleifartikelunterlage 1002 gesetzten Schleifkörner 100-900 sind durch den Grundbinder 1004 und den Deckbinder 1006 auf der Schleifartikelunterlage 1002 fixiert. Auf Grund der konkaven Form der Grundfläche 102-902 ist bei einer Anordnung der Schleifkörner 100-900 auf der Schleifartikelunterlage 1002 in allen Fällen ein Schneidelement 128-928 vorteilhaft auf einer von der Schleifartikelunterlage 1002 weg weisenden Seite des Schleifkorns 100-900 vorgesehen. Das Schneidelement 128-928 weist somit während der Durchführung eines Schleifprozesses zu einem zu bearbeitenden Werkstück hin, sodass es während eines Schleifprozesses geeignet und dazu vorgesehen ist, in das zu bearbeitende Werkstück zumindest teilweise einzutauchen und derart seine Schleifwirkung zu entfalten.
Ferner sind die Schleifkörner 100-900 derart ausgerichtet auf der Schleifartikelunterlage 1002 des Schleifartikels 1000a-e angeordnet, dass die konkave Grundfläche 102-902 in Richtung einer beabsichtigten Verwendung 1014 des Schleifartikels 1000a-e orientiert ist. Somit kann das Schleifkorn 100-900 einer entgegen der Richtung 1014 wirkenden Kraft optimal entgegenwirken, während das Schneidelement 128-928 eine hohe Wirksamkeit entfaltet. Die Schleifkörner 100-900 weisen dabei einen besonders stabilen Stand auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern wird anhand des Ablaufdiagramms gemäß 14 näher erläutert. Das Herstellverfahren 2000 umfasst die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt 2010 erfolgt das Herstellen eines Schlickers aus zumindest einem alpha-Al₂O₃-Pulver und einem Dispersionsmittel, wobei in dem Schlicker ein Feststoffgehalt von 50 Gew.% bis 90 Gew.% und eine mittlere Partikelgröße von 0,1 µm bis 8 µm beträgt. In einer Ausführungsform des Verfahrens kann ferner ein ZrO₂-Pulver verwendet werden. In einem zweiten Schritt 2020 erfolgt das Einfüllen des Schlickers in Vertiefungen einer Gießform (nicht näher dargestellt), wobei die Vertiefungen eine definierte Geometrie aufweisen. Die Gießform weist insbesondere eine Vielzahl von Formkavitäten auf, wobei die Vielzahl von Formkavitäten eine untere Formoberfläche, eine Formseitenwand und eine Tiefe zwischen unterer Formoberfläche und Oberfläche der Gießform umfasst. Die Vielzahl der Kavitäten weist dabei eine der Form des Schleifkorns 100-900 komplementäre Ausformung auf. Danach wir in einem dritten Schritt 2030 das Trocknen des Schlickers in den Vertiefungen zu Schleifkornvorläufern vorgenommen, wobei ein Feststoffgehalt der Schleifkornvorläufer von 85 Gew.% bis 99,9 Gew.% beträgt. Nach dem Trocknen des Schlickers werden in einem vierten Schritt 2040 die Schleifkornvorläufer aus den Vertiefungen entfernt. Ferner wird in einem fünften Schritt 2050 das Sintern der Schleifkornvorläufer zu Schleifkörnern auf Basis von alpha-Al₂O₃ mit einem Gehalt an ZrO₂ von 5 Gew.% bis 30 Gew.% und einer Dichte von 92% bis 99,9% der theoretischen Dichte vorgenommen, wobei das alpha-Al₂O₃ eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,5 µm bis 3 µm und das ZrO₂ eine mittlere Kristallitkorngröße von 0,25 µm bis 8 µm aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/020075 A1 [0002, 0003]
US 2005255801 A1 [0005]
US 2012227333 A1 [0005]
US 2013040537 A1 [0005]
EP 947485 A1 [0036]
DE 102017207322 A1 [0041]

Claims

Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900), insbesondere auf Basis von alpha-Al₂O₃, aufweisend zumindest eine Grundfläche (102-902) und eine Mantelfläche (104-904), wobei das Schleifkorn (100-900) eine im Wesentlichen pyramidenstumpfförmige oder kuppelförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfförmige Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (102-902) des Schleifkorns (100-900) eine konkave Form aufweist.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (104-904) einen Öffnungswinkel (130-930) einschließt, der zwischen 30° und 120°, insbesondere zwischen 60° und 110°, ganz insbesondere zwischen 80° und 100° liegt.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (104-904) eine Ecke (110-910), insbesondere eine Spitze (112-912), einschließt.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (104-904) einen Krümmungsbereich (214) einschließt, mit einem Krümmungsradius (r), der zwischen 10 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 300 µm, ganz insbesondere zwischen 10 µm und 100 µm liegt.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (102-902) einen im Wesentlichen planaren Mittenabschnitt (134-934) und zu einer Umrandung (122-922) der Grundfläche (102-902) hin eine Erhöhung aufweist.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrandung (122-922) der Grundfläche (102-902) im Wesentlichen in einer Ebene (138-938) liegt, auf die bezogen jeder Punkt der Grundfläche (102-902) eine veränderliche Tiefe T_GF aufweist, wobei die Tiefe zu einer Höhe T_SK des Schleifkorns (100-900) bezogen auf diese Ebene (138-938) ein Verhältnis T_GF/T_SK von 0,1 bis 0,9, insbesondere von 0,15 bis 0,5, ganz insbesondere von 0,2 bis 0,4, aufweist.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (102-902) zur Umrandung (122-922) der Grundfläche (102-902) hin einen Winkel (154-954) bezogen auf die Ebene (138-938) von 10° bis 80°, insbesondere von 20° bis 60°, ganz insbesondere von 30° bis 50° aufweist.
Geformtes keramisches Schleifkorn (100-900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Form der Grundfläche (102-902) als eine Materialaussparung, insbesondere als eine Delle, eine Kerbe, eine Mulde oder ein Krater, im Schleifkorn (100-900) realisiert ist.
Schleifartikel (1000) aufweisend geformte keramische Schleifkörner (100-900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Schleifartikel (1000) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifartikel (1000) zumindest einen Anteil von zumindest 5 %, insbesondere von zumindest 25 %, ganz insbesondere von zumindest 50 %, gemessen an der Gesamtanzahl von Schleifkörnern des Schleifartikels (1000), an geformten keramischen Schleifkörnern (100-900) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Schleifartikel (1000) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 30 %, insbesondere zumindest 70 %, ganz insbesondere zumindest 90 % der geformten keramischen Schleifkörner (100-900) des Schleifartikels (1000) derart ausgerichtet auf einer Schleifartikelunterlage (1002) angeordnet sind, dass die die konkave Form aufweisende Grundfläche (102-902) von der Schleifartikelunterlage (1002) weg weist.
Schleifartikel (1000) nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten keramischen Schleifkörner (100-900) im Wesentlichen derart ausgerichtet angeordnet sind, dass die konkave Grundfläche (102-902) in Richtung (1014) einer beabsichtigten Verwendung des Schleifartikels (1000) orientiert ist.
Verfahren zur Herstellung von geformten keramischen Schleifkörnern (100-900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.