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Die vorliegende Anmeldung betrifft Schleifmittel bestehend aus keramischem Schleifkorn und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen wie Bindemitteln und Füllstoffen sowie ein Verfahren zur Herstellung entsprechender Schleifmittel. Die Schleifmittel der vorliegenden Erfindung können gebundene Schleifmittel wie Schleifscheiben, insbesondere Schruppscheiben sein.
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Herkömmliche Schleifscheiben bestehen im Wesentlichen aus Schleifkorn, welches mit einem Bindemittel wie Kunstharz zu einer Schleifscheibe verpresst wird.
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Herkömmliches Schleifkorn umfasst einzelne, nicht miteinander verbundene, abrasive Schleifkörner. Die Kanten der einzelnen Schleifkörner bilden die Schneiden des Schleifkorns. Die einzelnen Schleifkörner bestehen aus Kornwerkstoff. Zu den herkömmlich verwendeten Kornwerkstoffen zählen keramische Werkstoffe wie Korund, Zirkonoxid oder Zirkonkorund. In herkömmlichen Schleifmitteln liegen die einzelnen Schleifkörner in zufälliger räumlicher Anordnung vor.
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In herkömmlichen Schleifscheiben liegen die einzelnen Schleifkörner statistisch verteilt in einem losen Schleifkornverband vor. Der Schleifkornverband wird durch das Bindemittel zusammengehalten.
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Herkömmliche Schruppscheiben sind in der Regel aus zwei bis drei Schichten eines derartigen Schleifkornverbands mit einer jeweiligen Dicke von etwa 1 mm bis 3 mm ausgeführt. Die einzelnen Schichten sind meist über Glasgewebelagen voneinander getrennt. Die einzelnen Schichten enthalten üblicherweise jeweils keramisches Schleifkorn, wobei Schleifkörnungen verschiedener Größenfraktionen enthalten sein können. Dabei können auch Mischungen unterschiedlicher Keramiken zum Einsatz kommen. Die Schleifkörnungen sind über eine Kunstharzmatrix (meist Phenolharz) gebunden.
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Die Schleifleistung eines Schleifmittels ist grundsätzlich beeinflusst durch die räumliche Anordnung der Schneiden des Schleifkorns bezogen auf die Geometrie des Gesamtwerkzeuges. Innerhalb der Mischung für die einzelnen Schichten einer herkömmlichen Schruppscheibe sind die Schleifkörner stochastisch verteilt und nicht orientiert. Somit stellt sich eine solche Schicht innerhalb einer Schruppscheibe beim Schleifen annähernd isotrop dar. Das heißt, der Abtrag oder das Schleifverhalten einer Schruppscheibe unterliegt keiner Vorzugsrichtung. Dieses isotrope Verhalten stellt sich insofern nachteilig dar, als die Schruppscheibe beim Einsatz auf einem Winkelschleifer durch die Rotation eine Vorzugsrichtung beim Schleifen bekommt.
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Für Schleifmittel auf Unterlage, wie zum Beispiel Schleifpapier, sind Möglichkeiten bekannt, um eine gewisse Orientierung von Schleifkörnern zu erhalten. Zum Beispiel können geformte oder agglomerierte Schleifpartikel elektrostatisch auf die Unterlage gestreut oder mittels Drucktechniken auf dieser aufgebracht werden. Die Möglichkeiten sind jedoch begrenzt. Darüber hinaus ist keiner dieser Lösungswege für gebundene Schleifmittel, wie Schruppscheiben, geeignet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schleifmittel bereitzustellen, welches eine gezielte räumliche Anordnung der Schleifkörner im Schleifmittel ermöglicht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Schleifmittel bereitzustellen, welches eine gezielte räumliche Anordnung der Schneiden im Schleifmittel erlaubt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Schleifmittel mit verbesserten Schleifeigenschaften bereitzustellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Schleifmittel bereitzustellen, welches eine gezielte Anpassung der Schleifeigenschaften ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch Schleifmittel mit eingebettetem Abrasivskelett, welches die Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
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Das erfindungsgemäße Schleifmittel ist dabei bevorzugt ein gebundenes Schleifmittel, vorzugsweise eine Schleifscheibe, und besonders bevorzugt eine Schruppscheibe.
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Das in das Schleifmittel eingebettete Abrasivskelett ist als dreidimensionales Gerüst aus einer Vielzahl einzelner Untereinheiten aus keramischem Werkstoff aufgebaut. Bevorzugterweise handelt es sich bei dem keramischen Werkstoff um keramischen Kornwerkstoff, beziehungsweise keramisches Schleifkorn. Das Schleifkorn kann unterschiedliche Schleifkörnungen enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei den Untereinheiten jeweils um einzelne keramische Schleifkörner eines keramischen Schleifkorns.
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Die Untereinheiten können über eine Matrix gebunden sein, um das dreidimensionale Gerüst zu erhalten. Die Untereinheiten können über Verbindungsbrücken aus Kornwerkstoff zwischen benachbarten Untereinheiten gebunden sein, um das dreidimensionale Gerüst zu erhalten. Durch die Bindung der Untereinheiten kann dem Abrasivskelett eine selbstragende Struktur verliehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das dreidimensionale Gerüst des Abrasivskeletts über eine keramische Matrix oder eine Matrix aus Kunstharz gebunden.
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Das dreidimensionale Gerüst des Abrasivskeletts ist dabei so ausgebildet, dass es von einer Mischung aus keramischem Schleifkorn und Kunstharz umschlossen werden kann. Bevorzugt sind bestimmte Teile des Gerüsts als Spitzen ausgebildet und so angeordnet, dass sie nach dem Einbetten des Abrasivskeletts in die Überstruktur des Schleifmittels der schleifenden Unterseite des Schleifmittels zugewandt sind. Die Spitzen des Abrasivskeletts können dabei senkrecht nach unten oder mit Neigung ausgeführt sein, sodass eine Art Schneide entsteht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform reichen die Enden der Spitzen dabei bis zum Unterseitenboden des Schleifmittels. Die Spitzen schließen dann also bündig mit der schleifenden Unterseite ab.
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In einer Ausführungsform umfasst das Abrasivskelett des erfindungsgemäßen Schleifmittels in Richtung einer Unterseite des Schleifmittels gerichtete Spitzen, wobei die Spitzen vorzugsweise eine Länge von etwa 0,5 mm bis 15 mm aufweisen.
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In einer Ausführungsform besitzt das Abrasivskelett des erfindungsgemäßen Schleifmittels eine ringartige Grundform, welche in einer bevorzugten Ausgestaltung an der Ringunterseite nach unten gerichtete Spitzen aufweist. Die ringartige Grundform kann überdies speichenartige Verbindungsstege besitzen, welche in einer bevorzugten Ausgestaltung an ihrer Unterseite nach unten gerichtete Spitzen aufweisen.
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Durch die dreidimensionale Form des Gerüsts lässt sich eine gezielte anisotrope Verteilung und Orientierung des Schleifkorns, beziehungsweise der darin enthaltenen einzelnen Schleifkörner, erhalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schleifmitteln kann mithilfe des erfindungsgemäßen Schleifmittels eine geordnete Geometrie der Schneiden in Bezug auf die Geometrie des Gesamtwerkzeuges erhalten werden. Durch das eingebettete Abrasivskelett wird demnach eine gezielte Orientierung der Schleifkörner in Bezug zur Rotationsrichtung und zum Werkstück ermöglicht. Dies erlaubt einen gezielten Eingriff der Kornspitzen in Bearbeitungsrichtung ähnlich wie bei einem Fräser. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Schleifmittel somit eine Erhöhung des Abtrags auf der Bearbeitungsfläche im Vergleich zu herkömmlichen Schleifmitteln mit weniger oder gar nicht geordneten Schneiden.
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Die erfindungsgemäße Einbettung des Abrasivskeletts in das Schleifmittel ermöglicht gegenüber herkömmlichen Schleifmitteln zudem eine Erhöhung der Zahl der Freiheitsgrade die Abtragleistung des Schleifmittels zu beeinflussen. So können bezogen auf Material und/oder Korngröße unterschiedliche Schleifkörnungen in das Abrasivskelett eingebracht werden. Dabei können die Schleifkörnungen auch bezüglich der Position im Abrasivskelett variiert werden. Zum Beispiel können die Schleifkörnungen entlang der Spitzen des Abrasivskeletts in Richtung der Unterseite des Schleifmittels variiert werden. Überdies kann die Matrix des Abrasivskeletts in einem weiten Bereich hinsichtlich Härte und Festigkeit durch die verwendeten Materialien, wie Kunstharz oder Keramik, beeinflusst werden. Ferner kann die Materialmischung der Überstruktur des Schleifmittels unabhängig von den Materialien des Abrasivskeletts gewählt werden und ebenfalls in einem weiten Bereich modifiziert werden, in dem zum Beispiel Kunstharz und eingesetzte Schleifkörnungen in der Überstruktur variiert werden.
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In einer Ausführungsform umfasst der keramische Werkstoff des Abrasivskeletts mindestens zwei unterschiedliche keramische Schleifkörnungen, wobei sich die unterschiedlichen keramischen Schleifkörnungen hinsichtlich Material und/oder Korngröße unterscheiden.
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In einer Ausführungsform umfasst die Überstruktur keramisches Schleifkorn und Kunstharz, wobei sich die Materialmischung der Überstruktur vorzugsweise von der Materialmischung des Abrasivskeletts unterscheidet.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit durch die Einbettung eines Abrasivskeletts in ein Schleifmittel, bevorzugt eine Schruppscheibe, die Schleifeigenschaften zu verbessern und gezielter an die jeweilige Anwendung anzupassen.
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Die Erfindung betrifft keramische Werkstoffe, bevorzugt keramische Kornwerkstoffe. Bevorzugte keramische Werkstoffe und keramische Kornwerkstoffe sind Korund, Zirkonoxid, Zirkonkorund, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und Bornitrid oder Mischungen zwei oder mehrerer davon. Besonders bevorzugte keramische Werkstoffe und keramische Kornwerkstoffe sind Korund, Zirkonoxid und Zirkonkorund.
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Gegebenenfalls umfasst das Schleifmittel eine oder mehrere weitere Komponenten ausgewählt aus Füllstoffen, Gewebe und Binder.
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In einigen Ausführungsformen entspricht das Abrasivskelett in Größe und Form zumindest einem Ausschnitt oder Segment einer herkömmlichen keramischen Schleifscheibe. In diesen Ausführungsformen entsprechen die Abmessungen des Abrasivskeletts folglich den Abmessungen von Teilen herkömmlicher Schleifscheiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Größe des Abrasivskeletts im Bereich von 50 Millimeter bis 500 Millimeter.
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Bevorzugte Größen der einzelnen Untereinheiten des Abrasivskeletts liegen im Bereich von 0,1 Millimeter bis 5 Millimeter. Allgemein liegen bevorzugte Größen der einzelnen Untereinheiten im Bereich bevorzugter Größen einzelner Schleifkörner in herkömmlichen keramischen Schleifmitteln.
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Das erfindungsgemäße Abrasivskelett kann durch bekannte Verfahren erhalten werden. Beispiele sind 3D-Druck, Photolithographie, Stereolithographie, Sol-Gel-Verfahren, Spritzgussverfahren, und Extrusionsverfahren. Bevorzugt wird das Abrasivskelett durch ein Sol-Gel-Verfahren erhalten. Das Sol-Gel-Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Sols und das Bilden eines Gels aus diesem Sol. Bevorzugte Präkursoren für die Solsynthese sind Silicium-, Aluminium-, und/oder Zirkonium-haltige Verbindungen. Das erzeugte Gel wird getrocknet, gebrannt und gegebenenfalls gesintert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittels. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Herstellen eines Abrasivskeletts durch Bindung eines keramischen Werkstoffs, bevorzugt eines keramischen Schleifkorns, über eine keramische Matrix oder eine Matrix aus Kunstharz zu einem dreidimensional geformten Gerüst. Bevorzugt wird dabei das Gerüst mit Spitzen ausgebildet. In einem zweiten Schritt erfolgt das Einbetten des erhaltenen Abrasivskeletts in eine aus keramischem Werkstoff, bevorzugt keramischem Schleifkorn, und Kunstharz bestehende Überstruktur des Schleifmittels. Bevorzugt wird dabei das Abrasivskelett derart in die Überstruktur des Schleifmittels eingebettet, dass die Spitzen einer Unterseite des Schleifmittels zugewandt sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem auch ein durch dieses Verfahren herstellbares Schleifmittel.
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Die erfindungsgemäßen Schleifmittel sind für die Bearbeitung beliebiger Werkstoffe und insbesondere für die Bearbeitung harter Werkstoffe wie Stein oder Metall, zum Beispiel Stahl, geeignet.
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Merkmale, die im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, können, soweit nichts anderes angegeben ist, auch im Zusammenhang mit anderen Ausführungen eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 schematischer Aufbau eines Abrasivskeletts;
- 2 Schleifscheibe umfassend Segmente aus Abrasivskelett; und
- 3 Schleifscheibe umfassend ein mit Spitzen ausgebildetes Abrasivskelett.
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1 zeigt schematisch ein Abrasivskelett 10 für ein erfindungsgemäßes Schleifmittel. Das Abrasivskelett 10 umfasst eine Vielzahl abrasiver Untereinheiten aus Kornwerkstoff 12. Zur Veranschaulichung des Skelettaufbaus ist in 1 eine einzelne Untereinheit 12 durch eine gestrichelte Umrandung hervorgehoben. Benachbarte Untereinheiten 12 sind durch Bindung in einer Matrix miteinander verbunden. Es ergibt sich ein gebundenes, einstückiges Abrasivskelett 10, welches zu einem dreidimensionalen Gerüst geformt ist.
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2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Schleifmittel. Gezeigt ist die Überstruktur einer Schleifscheibe 14. In die Überstruktur der Schleifscheibe 14 sind zwei Segmente eingebettet, welche jeweils aus einem Abrasivskelett 10 aufgebaut sind. Der vergrößerte Bereich veranschaulicht die Untereinheiten 12 des Abrasivskeletts 10. Die Segmente aus Abrasivskelett 10 besetzen vorgegebene Positionen in der Schleifscheibe. Durch das Einbringen dieser Segmente wird eine gezielte Anordnung der Schneiden bezüglich des zu schleifenden Werkstücks erreicht. Der verbleibende Teil der Schleifscheibe kann aus herkömmlichem Schleifscheibenmaterial bestehen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schleifscheibe. In die Überstruktur der Schleifscheibe 14 ist ein Abrasivskelett 10 eingebettet. Das Abrasivskelett 10 besitzt eine ringartige Grundform und umfasst überdies speichenartige Verbindungsstege 16. Die Unterseiten der Verbindungsstege 16 sind mit Spitzen 18 besetzt. Die Spitzen 18 sind in Richtung der Unterseite der Schleifscheibe gerichtet. Das Abrasivskelett 10, umfassend die ringartige Grundform, die Verbindungsstege 16 und die Spitzen 18, ist ein einstückiges, dreidimensionales Gerüst zusammengesetzt aus in Matrix gebundenen Untereinheiten aus keramischem Werkstoff.
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Neben den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen unter Variation von Anzahl an Segmenten und/oder geometrischer Form des Abrasivskeletts 10 möglich.
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Die vorstehenden Ausführungen dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung und sind nicht limitierend auszulegen. Selbstverständlich wird ein Fachmann einzelne oder alle Merkmale, die im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, auch mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abrasivskelett für Schleifmittel
- 12
- Untereinheit
- 14
- Überstruktur der Schleifscheibe
- 16
- Verbindungsstege
- 18
- Spitze
