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Aluminiumoxydhaltige Schleifkörner zur Herstellung von Schleifscheiben
u. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf Schleifkörper, insbesondere auf Schleifpellets
und daraus hergestellte Gegenstände. Die zu diesem Zweck verwendeten Schleifpellets
enthalten dabei feine kristalline Aluminiumoxydteilchen, die fest haftend miteinander
verbunden sind. Des weiteren ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Schleifpellets und diese Schleifpellets enthaltender Gegenstände gerichtet.
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Die erfindungsgemäßen Schleifkörner oder Pellets eignen sich für die
Herstellung von Schleifkörpern, insbesondere von Hochleistungsschleifscheiben, wie
sie für Ausputzarbeiten, beispielsweise zum Abkanten von Eisengußstücken od. dgl.
verwendet werden. Bei der Herstellung derartiger Abkant- oder Putz-Schleifräder
fanden bisher die verschiedensten Arten von Schleifkörnern, beispielsweise auch
Siliziumkarbid und geschmolzenes Aluminiumoxyd Verwendung. Bei den bisher erhältlichen
Aluminiumoxyd enthaltenden Schleifkörnern machte es sich jedoch nachteilig bemerkbar,
daß sie keine optimalen einheitlichen Eigenschaften besaßen, daß sie zu wenig widerstandsfähig
und hart waren und daß auch ihre Mikrostruktur nicht geeignet war, die bestmögliche
Schleifwirkung zu erzielen. Außerdem ist es schwierig, die physikalischen Eigenschaften
bei den bisher bekannten Aluminiumoxyd-Schleifkörnern derart zu modifizieren, daß
für jeden einzelnen spezifischen Schleifvorgang jeweils optimale Bedingungen gegeben
sind. Die bisher erhältlichen, auf der Basis von Aluminiumoxyd hergestellten Schleifkörner
wurden bisher meist in der Weise hergestellt, daß Bauxit oder synthetisches Aluminiumoxyd
geschmolzen und die derart erhaltene Masse oder der Block kleingebrochen und gesiebt
wurde, um so die gewünschten Schleifpartikelgrößen zu erhalten. Ein derartiger,
nach dem Schmelzen vorgenommener Zerkleinerungsvorgang der Masse oder des Blockes
ist jedoch insofern nachteilig, als durch die hierbei anfallende große Menge von
nicht mehr verwendbarem Abrieb zu viel Abfall erhalten wird. Bei derartigen Zerkleinerungs-
oder Grobmahlverfahren werden außerdem Schleifkörner vollkommen unregelmäßiger Splitterform
gebildet, deren physikalische Eigenschaften verhältnismäßig wenig gut sind und in
denen innere Spannungen vorliegen, die dann das Auftreten von Sprüngen und Rissen
bedingen, durch die wiederum die physikalischen Eigenschaften und die nutzbringende
Verwendbarkeit dieser Körner als Schleifpartikeln stark beeinträchtigt werden.
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Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe ; zugrunde, ein verbessertes
Aluminiumoxyd-Schleifpellet vorherbestimmter Größe und Form zu schaffen, bei dem
eine kontinuierliche glasartige Bindungsphase und eine diskontinuierliche Aluminiumoxydphase
vorliegt und in der letzteren Phase Aluminiumoxydkristalle ausnehmend feiner Größe
enthalten sind, die eine überaus große Härte besitzen und ausgezeichnete physikalische
Eigenschaften aufweisen.
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Nach der Erfindung ist ein Schleifpellet von regelmäßiger geometrischer
Form vorgesehen, das sich zur Herstellung von Schleifkörpern, z. B: Schleifscheiben,
eignet. Derartige erfindungsgemäße Pellets enthalten dabei zwischen 50 und
950/e kristallines Aluminiumoxyd mit einer durchschnittlichen Kristallgröße
von weniger als 5 w, und zwischen 50 und 5 % eines Glasbindemittels; die Dichte
dieses Pellets beträgt dabei mindestens 2,75 g/em3, und seine Struktur ist im wesentlichen
frei von Sprüngen und Rissen, und es besteht aus einer diskontinuierlichen Aluminiumoxydphase,
die durch eine kontinuierliche glasartige Phase fest haftend gebunden ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung
von Schleifpellets geschaffen werden, die sich zur Herstellung von Schleifkörpern,
beispielsweise Schleifscheiben, eignen. Bei diesem Verfahren wird feinverteiltes
pulverförmiges Aluminiumoxyd mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger
als 5 [, mit einem Glasbindemittel im Verhältnis von etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent
Aluminiumoxyd zu entsprechend etwa 50 bis 5 Gewichtsprozent
Bindemittel
gemischt, das Aluminiumoxyd und das Bindemittel in Gegenwart von Wasser miteinander
verrührt und auf diese Weise eine im wesentlichen gleichmäßig gemischte plastisch
verformbare Masse erhalten. Diese Masse wird anschließend unter Einhaltung einer
bestimmten Größe und Form zu einem Pellet von regelmäßiger geometrischer Form verarbeitet,
und das so erhaltene Pellet wird dann getrocknet und bei einer Temperatur zwischen
1400 und 1650e' C so lange gebrannt, bis ein festhaftend gebundenes, einheitliches
Pellet mit einer Dichte von mindestens 2,75 g/cm,3 erhalten wird.
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Wie ersichtlich, werden bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung
von Aluminiumoxyd-Schleifpellets, bei dem Größe und Form der Pellets bereits vor
dem Brennen festgelegt werden, die Nachteile des bisher bekannten Verfahrens ausgeschaltet,
bei dem die aus Aluminiumoxyd bestehenden Schleifpartikel durch Zertrümmern verhältnismäßig
großer Blöcke aus Schleifsubstanz erhalten werden.
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Die Erfindung sei anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische
Darstellung der einzelnen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifpellets zur
Anwendung gelangenden Verfahrensstufen, F i g. 2 und 3 perspektivische Ansichten
typischer zylindrischer bzw. prismatischer Pellets, wie sie bei dem in F i g. 1
schematisch gezeigten Verfahren erhalten werden, F i g. 4 ein Schleifpellet, das
vor dem Brennen einem Abstoßverfahren unterzogen wurde, F i g. 5 eine graphische
Darstellung, aus der hervorgeht, wie sich die Dichte in Abhängigkeit von der Temperatur
und der Zusammensetzung ändert, und ; F i g. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine
die erfindungsgemäßen Schleifpellets enthaltende Form, in der eine Schleifscheibe
mit Harzbindung hergestellt werden kann.
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Die Schleifkörner oder -pellets nach der Erfindung < besitzen eine
Zusammensetzung von annähernd 50 bis etwa 95 0io Aluminiumoxyd und etwa 5 bis 50%
eines glasartigen Bindemittels oder Glas. Der in der Beschreibung und den Ansprüchen
für die Schleifkörner verwendete Ausdruck »Pellet« ist im weitesten Sinne gemeint
und dient zur Bezeichnung von vernältnismäßig kleinen regelmäßig geometrisch geformten
Schleifkörnern in Form von Röhrchen, Zylindern, Prismen od. dgl.; wie im einzelnen
aus der nachfol-;enden Beschreibung noch näher ersichtlich wird. Vorzugsweise setzen
sie sich aus Anteilen von etwa 70 bis 90% Aluminiumoxyd und etwa 30 bis 10% glas
zusammen. Zusätzlich hierzu kann auch noch ,in bis zur Höhe von etwa 1% gehender
kleiner Aneil in Form der üblichen Verunreinigungen vorhanlen sein.
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Wenn nicht anders angegeben, ist die Zusammenetzung der Schleifpellets
in der Beschreibung und in ien Ansprüchen jeweils in Gewichtsprozent gegeben.
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Der in den Schleifpellets vorliegende Anteil an Aluniniumoxyd kann
aus kalziniertenAluminiumhydraten )der auch aus Aluminiumoxydabfällen, beispielsweise
,erbrauchten Katalysatorträgern, erhalten werden. In [en Schleifpellets liegt das
Aluminiumoxyd in kristaliner Form vor; die einzelnen Kristalle besitzen hierüi eine
ausnehmend kleine Größe, d. h. weniger als [ und vorzugsweise sogar weniger als
2 #t. Die kritallinen Aluminiumoxydteilchen werden zur Bildung der Schleifpellets
durch eine kontinuierliche glasartige Bindungsphase fest haftend zusammengehalten;
diese kontinuierliche Phase besteht dabei aus einem Silikatglas, das nach dem Brennen
im wesentlichen die folgende Zusammensetzung besitzt:
| Zusammensetzung des Bindemittels |
| Oxyd Gewichtsprozent |
| Aluminiumoxyd . . . . . . . . . . . . . . . 10 bis 25 |
| Siliziumdioxyd . . . . . . . . . . . . . . . . 50 bis 70 |
| Calciumoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 bis 15 |
| Magnesiumoxyd . . . . . . . . . . . . . . . 10 bis 20 |
| Geringfügige Verunreinigungen bis zu 3 |
Der in dem Glasbindemittel vorhandene Anteil an Magnesiumoxyd begrenzt das Wachstum
der Aluminiumoxydkristalle während des späteren Brennens der vorgeformten und bereits
kalibrierten Schleifpellets.
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Zur Erzielung der in der obenstehenden Tabelle angegebenen Zusammensetzung
des Glasbindemittels können die verschiedensten Ausgangssubstanzen miteinander kombiniert
und gemischt werden. So kann das Aluminiumoxyd beispielsweise in Form eines Oxyds,
Hydrats, Tons, Mullits oder auch in Form einer anderen alkalifreien aluminiumhaltigen
Substanz zugegeben werden. Die Kieselerde oder Kieselsäure kann als solche in Form
von Ton, Talk, Wollastonit oder auch in Form eines anderen alkalifreien siliziumhaltigen
Minerals beigemengt werden. Die Beigabe von Calciumoxyd kann in Form von Calciumcarbonat,
Dolomit, Wollastonit oder anderer kalkhaltiger Minerale, und die von Magnesiumoxyd
in Form von elektrisch geschmolzenem Magnesia, Periclas, Brucit, Talk oder Magnesiumcarbonat
erfolgen.
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Das Verfahren zur Herstellung der Schleifpellets ist in F i g. 1 schematisch
angedeutet. Hierbei werden jeweils entsprechende Mengen des feinzerkleinerten Aluminiumoxyds
und der zur Bildung des Glasbindemittels erforderlichen Ausgangssubstanzen gemeinsam
in eine Pulverisierungs- und Mischeinrichtung, beispielsweise eine Kugelmühle, eingegeben.
Dieser Masse wird dann Wasser zugegeben, so daß eine Art Brei oder Schlicker entsteht.
Durch die Anwesenheit des Wassers werden das Mahlen, Vermischen und Plastifizieren
der verschiedenen Bestandteile erleichtert, und die Menge des zugegebenen Wassers
kann jeweils unterschiedlich so gewählt werden, daß in jedem Fall die bestmögliche
Wirkungsweise gewährleistet ist. Im allgemeinen kann die Menge des zugegebenen Wassers,
bezogen auf das Trockengewicht der Charge, zwischen etwa 30 und 150°/o liegen.
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Diese Substanzen werden dann so lange gemahlen, bis ein im wesentlichen
gleichmäßiges Gemisch entsteht und die Partikelgröße des Aluminiumoxyds bis auf
weniger als 5 u, vorzugsweise bis auf weniger als 2,u heruntergebracht ist. Dieses
Ergebnis kann in der üblichen Weise in einer normalen Kugelmühle innerhalb eines
Zeitraumes von etwa 1.8 Stunden erzielt werden.
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Der auf diese Weise erhaltene, der Wirkung der Kugelmühle unterzogene
Schlicker wird anschließend aus der Kugelmühle in eine Filterpresse gebracht, in
der das überschüssige Wasser entfernt und somit eine
plastisch verformbare
Masse der gewünschten Konsistenz erhalten wird. Dann wird der Filterkuchen extrudiert
oder durch ein anderes Verfahren in einzelne vorgeformte Pellets vorbestimmter Größe
verformt. Diese Pellets werden anschließend zur Entfernung des restlichen Wassers
getrocknet und schließlich bei hohen Temperaturen gebrannt. Das Vorformen und die
vorhergehende Kalibrierung der Größe der einzelnen Schleifpellets kann zweckmäßigerweise
z. B. durch Verwendung eines eine Entlüftung bewirkenden Extruders erfolgen, wobei
die feuchte Filterkuchenmasse in Form langgestreckter Stäbe extrudiert und diese
Stäbe dann in bestimmten Abständen zerteilt und somit Pellets der gewünschten Länge
und Größe erhalten werden. Die in einem Etrusionsverfahren hergestellten Pellets
besitzen eine im allgemeinen zylindrische oder prismatische Form und eine über ihre
gesamte Länge gleichmäßige einheitliche Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche
der Pellets kann dabei beispielsweise rund, quadratisch, hexagonal, dreieckig oder
rohrförmig sein. Eine zylindrische oder prismatische Form der einzelnen Schleifpellets
ist dabei insofern vorteilhafter, als in diesem Fall bei der späteren Herstellung
von Schleifscheiben aus diesen Pellets bessere Bindungseigenschaften erzielt werden.
Die Schleifpellets mit regelmäßiger geometrischer Ausbildung werden in einer Reihe
von Größen gefertigt, die den üblichen Korngrößen der zur Herstellung von Schleifscheiben
verwendeten Schleifkörner entsprechen, wobei die Wahl der zu verwendenden Korngröße
jeweils unter Berücksichtigung der gewünschten Schleifeigenschaften getroffen wird.
Die erhaltenen Pellets weisen in ihren kleineren Abmessungen im allgemeinen eine
Größe zwischen 0,076 und 0,33 cm auf und können einen kleinen, bis zu 10 % betragenden
Anteil an Abrieb enthalten.
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Die F i g. 2 zeigt ein typisches aus einem zylindrischen Stab bestehendes
Schleifpellet, die F i g. 3 dagegen ein prismatisches Pellet mit quadratischer Querschnittsfläche.
Selbstverständlich ist die Form der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Schleifpellets
nur zu Erläuterungszwecken angegeben und stellt keinerlei Einschränkung in bezug
auf andere rgelmäßige geometrische Formen dar, die ebenfalls unter Erzielung zufriedenstellender
Ergebnisse zur Fertigung von erfindungsgemäßen Schleifscheiben verwendet werden
können.
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Wie die schematische Darstellung der F i g. 1 weiter zeigt, werden
die Pellets nach dem Extrudieren und Kalibrieren einem Trockenverfahren unterzogen,
in dessen Verlauf den Pellets im wesentlichen die gesamte Restfeuchtigkeit entzogen
wird, so daß auf diese Weise im wesentlichen trockene und verhältnismäßig harte
Schleifpellets erhalten werden. Anschließend können die derart getrockneten Pellets
unmittelbar in einen Ofen eingebracht werden, wo sie durch Glasfluß und eine entsprechende
Bindewirkung zu einer dichten, harten und außerordentlich widerstandsfähigen Masse
werden, oder sie können vorher noch in eine Trommel od. dgl. gebracht werden, damit
sich die Ecken der getrockneten Pellets derart abstoßen, daß sich leicht abgerundete
Kanten bilden und so ein Schleifpellet 14 mit der in F i g. 4 gezeigten typischen
Form erhalten wird. Diese Arbeitsstufe ist in dem in F i g. 1 wiedergegebenen Fließschema
als strichlierte Abzweigung enthalten.
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Die Schleifpellets werden also mit oder ohne Zwischenschaltung des
Abstoßprozesses in den Ofen eingebracht und dort bei einer Temperatur zwischen etwa
1400 und etwa 1650° C gebrannt, was Segerkegelnummern zwischen etwa 15 und 30 entspricht.
Die jeweilige Zeitdauer, während der die Pellets gebrannt werden, und auch die jeweils
zur Anwendung gelangende Brenntemperatur richten sich in jedem Fall nach der spezifischen
Zusammensetzung des Glasbindemittels und dem relativen Anteil an darin enthaltenem
Bindemittel und Aluminiumoxydkristallen.
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Im Anschluß hieran werden die so erhaltenen gebrannten Schleifpellets
beispielsweise durch eine entsprechende Brech- oder Zerkleinerungsvorrichtung geführt,
in der diejenigen Pellets, die etwa während des Brennvorganges aneinander haften
blieben, wieder voneinander getrennt werden. Der Zerteilungsvorgang wird dabei derart
gesteuert, daß keinerlei Wirkung auf die Größe der einzelnen Pellets ausgeübt wird
oder diese in irgendeiner Weise beschädigt werden, sondern daß die einzelnen Pellets
lediglich voneinander abgetrennt werden. Um auch wirklich eine vollkommene Trennung
der einzelnen Pellets voneinander zu erreichen, erscheint es zweckmäßig, die aus
der Trennvorrichtung kommenden Pellets zu sieben und noch etwa aneinanderhaftende
Pellets nochmals in die Trennvorrichtung zurückzuführen, um sie einem zweiten Trennverfahren
zu unterziehen. Die auf diese Weise erhaltenen gesiebten Pellets zeichnen sich durch
ihre einheitliche und gleichmäßige Form 1. Größe sowie auch durch die äußerst kleine
Part. - :der darin enthaltenen kristallinen Aluminiumoxydbmtaus.
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Das spezifische Gewicht oder die Dichte der s .erhaltenen gebrannten
Schleifpellets liegt vorzugsweise zwischen mindestens etwa 2,75 und etwa 3,70 g/cm3,
je nachdem wie hoch die Brenntemperatur liegt und wie groß der Anteil des darin
enthaltenen Aluminiumoxyds ist. Die Beziehung zwischen Brenntemperatur und Zusammensetzung
ist in F i g. 5 veranschaulicht. Wie aus der Darstellung der F i g. 5 hervorgeht,
nimmt die Dichte der Pellets im gleichen Maße zu, in dem der Aluminiumoxydanteil
erhöht wird. Wenn dann die Brenntemperatur außerdem noch während einer bestimmten
Brennperiode von 30 Minuten gesteigert wird, so wird damit eine weitere Erhöhung
der Dichte bis zur Erreichung einer maximalen Dichte erzielt. Im Anschluß daran
beginnt die Dichte wieder abzunehmen, wie dies durch den konvexen Verlauf derjenigen
Kurven angedeutet ist, welche einen Aluminiumoxydgehalt von 50, 60 oder 70% anzeigen.
Die einen Aluminiumoxydgehalt von 80, 90 und 95% anzeigenden Kurven dagegen zeigen
entsprechend der F i g. 5 eine asymptotische Annäherung an eine maximale Dichte.
Unter Berücksichtigung der vorgenannten Beziehung zwischen Brenntemperatur und Aluminiumoxydanteil
erscheint es am zweckmäßigsten, wenn bei einer bestimmten Zusammensetzung und Brenndauer
die Temperatur derart geregelt wird, daß ein Schleifpartikel mit einem spezifischen
Gewicht von mindestens 2,75 g/cm3 erhalten wird, das dann ausgezeichnete physikalische
Eigenschaften und Schleifmerkmale aufweist.
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Nach Durchlaufen des Siebvorganges können die Schleifpartikel zur
Fertigung von mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden und äußerst widerstandsfähigen
Hochleistungsschleifscheiben verwendet werden; zu diesem Zweck werden die regelmäßig
geometrisch geformten Schleifpellets oder deren Gemische
unter
Verwendung der gewünschten Korngröße oder Kornverteilung durch ein geeignetes wärmehärtbares
Harz fest haftend miteinander verbunden. Die Herstellung der Schleifscheibe kann
auf dem üblichen Kalt- und Warmpreßverfahrenswege oder vorzugsweise auch im Wege
eines Durchdringungsverfahrens erfolgen, das gegenüber den anderen Verfahren den
Vorteil aufweist, daß dabei zur Herstellung der Schleifscheibe keine extrem hohen
Drücke erforderlich werden. Bei den Kalt- und Warmpreßverfahren dagegen müssen verhältnismäßig
hohe Drücke vorliegen, und die Folge davon ist, daß die Schleifpartikeln außerordentlich
starken Belastungen ausgesetzt sind, so daß die Gefahr besteht, daß sie hierdurch
leicht in irgendeiner Weise beschädigt oder zerbrochen werden können.
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Schleifscheiben, bei deren Herstellung die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltenen Schleifpellets zur Verwendung gelangen, enthalten zwischen
etwa 40 und 64 Volumprozent Schleifpellets und zwischen etwa 36 und 60 Volumprozent
eines entsprechenden Bindemittels mit unterschiedlichen Mengen an Bindeharzen, Füllstoffen,
Weichmachern, Poren und anderen Zusatzstoffen, und gegebenenfalls kann auch noch
ein Verstärkungsnetz in sie eingearbeitet sein. Als zur Erzielung zufriedenstellender
Ergebnisse geeignete Füllstoffe kommen z. B. pulverförmiger Kryolith, Metallsulfide
und andere Substanzen in Frage, sofern sie inert sind oder die Schneid- bzw. Schleifwirkung
der daraus hergestellten Schleifscheiben verbessern. Gegebenenfalls kann das Bindemittel
auch Kalk enthalten und in solchen Fällen, in denen Furfurol zum Benetzen der Oberfläche
der Schleifpellets verwendet wird, erscheint die Zugabe von Kalk sogar empfehlenswert.
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Bei den Bindeharzen, die unter Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse
zur Fertigung von Schleifscheiben mit Harzbindung eingesetzt werden können, kann
es sich beispielsweise um sogenannte wärmehärtbare Harze handeln, die unter der
Einwirkung von Wärme erhärten und so zu einer harten und festen Bindemasse werden.
Harze dieser Art, wie Phenolaldehydharze, Kresolaldehydharze, Resorcinaldehydharze,
Harastoffaldehydharze, Melaminformaldehydharze, Furfurylalkoholharze od. dgl., sowie
deren Gemische, sind in Fachkreisen wohlbekannt. Hiervon stellt das Kondensationsprodukt
von Phenol und Formaldehyd ein bevorzugt verwendetes Bindeharz dar. Um die Adhäsion
zwischen Schleifpellets und Bindemittel zu verbessern, werden die Oberflächen der
Schleifpellets vorzugsweise vorher noch mit einem Lösungsmittel für das dann zur
Verwendung gelangende wärmehärtbare Harz, beispielsweise mit Furfurol benetzt.
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Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, das wärmehärtbare Bindeharz
durch Zugabe kleiner Mengen anderer Harzsubstanzen wie Epoxyharze, Vinylharze einschließlich
Vinylchlorid, Vinylbutyläther (Vinylbutryl), Vinylmethyläther(Vinylformal), Vinylacetat
u. a. zu modifizieren, und es kann außerdem unterschiedliche Anteile an Vernetzungshilfen
wie Hexamethylentetramin oder Paraformaldehyd sowie entsprechende Lösungsmittel
oder Weichmacher, wie Furfurol und Propylensulfit, enthalten. Gegebenenfalls können
auch andere Weichmacher, z. B. Kresol, Furfurylalkohol od, dgl., Verwendung finden.
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Ein Beispiel für eine zur Herstellung von Schleifscheiben im vorgenannten
Durchdringungsverfahren geeignete Form oder Matrize ist in F i g. 6 dargestellt.
Die Form weist hierbei eine Grundplatte 16 und eine Vakuumplatte 18 auf, aus der
die Luft durch das Absaugrohr 20 abgezogen wird. Eine mit Perforierungen
versehene Deckplatte 22 ist unter Zwischenschaltung einer luftundurchlässigen Dichtung
24 fest auf der Grundplatte 16 angebracht. An einem kreisförmigen geteilten äußeren
Formenteil 26 sind zwei vorspringende Lappen oder Ansätze 28 angebracht, die durch
entsprechende Befestigungsmittel derart befestigt werden können, daß eine durchlaufende
zylindrische Formenoberfiäche erhalten wird. Zwischen dem äußeren Formenteil und
der Abdeckplatte ist eine entsprechende Vakuumdichtung vorgesehen.
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Die richtige Ausrichtung und Einstellung des äußeren Formenteiles
26 zur Abdeckplatte 22 erfolgt durch eine Reihe von an der Abdeckplatte befestigten
und nach oben von ihr wegragenden Schultern 30. Eine Mittelbohrung 32 verläuft konzentrisch
zum äußeren Formenteil und bildet die durch die Schleifscheibe hindurchgehende Achsöffnung.
Der Kern kann jedoch auch durch ein geeignete Achswelle gebildet werden, die dann
gleich an der Schleifscheibe mit angeformt wird, so daß sie mit dieser einen zusammenhängenden
Teil bildet. Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform ist die Kernöffnung noch
mit einer aus einem faserigen Werkstoff bestehenden Hülse oder Buchse 34 abgedeckt,
um auf diese Weise ein Festhaften der Bindesubstanz am Kern zu verhindern.
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Am Grunde des ringförmigen Raumes zwischen dem Kern und dem äußeren
Formenteil ist ein Abschlußring 36 vorgesehen, der zwar für Luft, nicht aber für
die Bindeharze durchlässig ist. Diesel Abschlußring 36 ruht seinerseits auf einem
aus einem verhältnismäßig groben Drahtgeflecht bestehenden Haltering 38, der wiederum
auf der Abdeckplatte aufliegt, die mit einer Vielzahl von Saugöffnungen
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durchbohrt ist.
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Bei der Herstellung einer Schleifscheibe wird die gewünschte Anzahl
von Schleifpellets in die Ringkammer oberhalb des Abschlußringes eingebracht und
einer Vibrations- oder Schüttelbewegung unterzogen, damit auf diese Weise eine verhältnismäßig
dichte Schicht 42 aus Schleifkörpern erhalten wird. In Anschluß daran wird eine
entsprechende Menge einer bereits vorher gemischten und angemachten Bindesubstanz
44 der gewünschten Zusammensetzung über die aus den Schleifpellets bestehende Schicht
gegeben und anschließend über das Saugrohr ein Vakuum angelegt. Dadurch wird die
Luft durch die Saugöffnungen aus der Kammer abgezogen, und als Folge davon wird
die Bindeschicht durch die Schleifpelletschicht hindurch nach unten gesaugt, so
daß das Bindemittel die zwischen den einzelnen Pellets noch bestehenden Leerstellen
im wesentlichen ganz ausfüllt.
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Die Bindesubstanz 44 kann entweder bei Raumtemperatur oder auch bei
einer etwas erhöhten Temperatur über die Schleifschicht gegeben werden; bei erhöhter
Temperatur ist jedoch darauf zu achten, daß diese höhere Temperatur immer noch unterhalb
desjenigen Punktes liegt, bei dem die Bindesubstanz rasch erhärtet. Des weiteren
besteht auch die Möglichkeit, die Schleifpellets und die Matrize vorher zu erhitzen,
so daß die Durchdringung mit dem Bindemittel rasch vor sich geht und auch der Härtevorgang
schnell eingeleitet wird, so daß die Verdickung des
Bindemittels
kurz nach dem Zeitpunkt einsetzt, zu dem sämtliche zwischen den Schleifpellets befindlichen
Leerstellen damit ausgefüllt sind. Ein aus Phenolformaldehydharz bestehendes Bindemittel
kann beispielsweise auf eine Temperatur zwischen etwa 75 und etwa 82° C erhitzt
werden, wobei in dem Bindemittel ein Hexamethylentetraminhärtemittel enthalten ist;
das zur Herstellung der Schleifkörper bestimmte Gemisch kann auf eine Temperatur
zwischen etwa 93 und etwa 177° C erhitzt werden, und erst bei Erreichen dieser Temperatur
wird dann das erhitzte Bindemittel zugegeben. Bei Verwendung einer bereits vorgewärmten
Form und eines vorerhitzten Bindemittels kann eine rasche Härtung des Bindemittels
erreicht werden, so daß die teilweise gehärtete Schleifscheibe rasch wieder aus
der Form herausgenommen und zum vollständigen Aushärten des Bindemittels einem weiteren
bei erhöhter Temperatur durchgeführten Härtungsvorgang unterworfen werden kann.
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Schleifscheiben mit Harzbindung, welche die vorkalibrierten und vorgeformten
aus Aluminiumoxyd bestehenden Schleifpellets enthalten, die ihrerseits keinerlei
Risse oder Sprünge aufweisen und Aluminiumoxyd in einer Kristallgröße von weniger
als 5 #t, vorzugsweise sogar weniger als 2 [ enthalten, eignen sich vorzüglich zur
Durchführung von Hochleistungsschleifvorgängen, beispielsweise zum Abkanten von
Stahl od. 1g1. Mit den im vorbeschriebenen Durchdringungsverfahren hergestellten
Schleifscheiben lassen sich wegen ihrer verhältnismäßig hohen Dichte, ihrer großen
Widerstandsfähigkeit und des Fehlens von Poren besonders zufriedenstellende Ergebnisse
erzielen.
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Für die Herstellung eines typischen Schleifpellets und die Fertigung
einer daraus unter Anwendung des Durchdringungsverfahrens hergestellten Schleifscheibe
sei zur näheren Erläuterung der Erfindung folgendes, den Erfindungsgedanken nicht
einschränkendes Ausführungsbeispiel angegeben. Beispiel Es wurde ein Schlefpellet
hergestellt, das 78,7 Gewichtsprozent feines kristallines Aluminiumoxyd und 21,3
Gewichtsprozent eines Glasbindemittels enthielt. Die Oxydbestandteile des fertigen
Glasbindemittels waren nach dem Brennen wie folgt:
| Oxyd Gewichtsprozent |
| A1203 .................. 16;.8 |
| Si02 ................... 58,3 |
| CaO ................... 9,3 |
| Mg0 ................... 15,6 |
Um die in der vorstehenden Tabelle beispielsweise genannten Oxydanteile in dem Glasbindemittel
zu erzielen, wurde ein Gemisch aus 21,9 kg tremo-htischen Talks, 3,8 kg Calciumkarbonat,
1,6 kg Kieselerde und 18,2 kg Kaolin hergestellt, dem eine entsprechende Menge Aluminiumoxyd
zugegeben wurde. Dieses Gemisch wurde in einer Kugelmühle mit 54,5 kg Wasser 18
Stunden lang vermischt und verrührt. Der so erhaltene Schlicker wurde dann gefiltert,
so da.ß ein noch etwa 16°/a Wasser enthaltender Filterkuchen erhalten wurde. Dieser
Filterkuchen wurde nun in einem Luftentzugsextruder derart extrudiert, daß eine
Reihe zylindrischer Pellets mit einem Durchmesser von etwa 3,2 mm und einer Länge
von etwa 3,2 bis 6,4 mm erhalten wurde. Sämtliche so erhalte= nen Schleifpellets
wurden durch ein Sieb mit einer Siebweite von etwa 2,8 mm (2812 #t) gegeben. Anschließend
wurden die extrudierten Pellets bei einer Temperatur von etwa 1490° C etwa 24 Stunden
lang getrocknet, so daß der verbleibende Feuchtigkeitsgehalt nur noch weniger als
0,1,1/o betrug. Im Anschluß daran wurden die getrockneten extrudierten Schleifpellets
22 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 1.490° C gebrannt, was der Segerkegelnummer
18 entspricht. Dann wurden die gebrannten Pellets nochmals durch eine Art Walzenmühle
hindurchgeführt, um etwa beim Brennen aneinander haften gebliebene Pellets wieder
voneinander zu lösen..
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Die Härte der so erhaltenen Schleifpellets lag bei etwa 9 der Mohsschen
Skala, und sie besaßen einen Bruchmodul von annähernd 3170 kg/cm2. Die mittlere
Dichte der Schleifpellets lag bei etwa 33,33 g/cm3. Bei optischer flberprüfung der
Oberflächen der Schleifpellets zeigte sich, daß in den einzelnen Pellets keinerlei
Ansätze zur Bildteig von Sprüngen oder Rissen vorlagen.
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Aus diesen Schleifpellets wurden dann unter Anwendung des oben bschriebenen
Durchdringungsverfahrens zwei Schleifscheiben mit, einem Außendurchmesser von etwa
30,5 cm, einem Innendurchmesser von 5,1 cm und einer Dicke von 2,5 cm hergestellt.
Diese Schleifscheiben enthielten 62 Volumprozent der vorbeschriebenen Schleifpellets,
die durch ein Bindemittel folgender Zusammensetzung fest haftend miteinander verbunden
waren:
| Bindemittel |
| Bestandteil Volumprozent |
| Pulverförmiges Phenolharz des Zu- |
| standes A ..................... 43,3 |
| Pulverförmiges Natriumsulfat ...... 13,5 |
| Pulverförmiges Zinksulfid . .... .... 5,8 |
| Pulverförmiger Kalk . . . . . . . . . . . . . . 7,0 |
| Pulverförmiges Gemisch aus Poly- |
| vinylchIorid und Polyvinyliden- |
| chlorid ........................ 7,7 |
| Furfurol......................... 19',1 |
| Trichlorbenzol ................... 3,6 |
Die mit einer derartigen Harzbindung versehenen Schleifscheiben wurden etwa 15 Stunden
lang bei einer Temperatur von annähernd 177° C gebrannt. Eine mit »A« bezeichnete
Prüfscheibe enthielt zylk drische Schleifpellets mit einem Durchmesser vM 0,259
cm und einer Länge von 0,635 cm. Eine weitere, mit »B« gekennzeichnete Prüfscheibe
wurde aus ähnlichen Schleifpellets hergestellt, deren Länge jedoch (1,317 cm betrug.
Eine dritte, mit »C« bezeichnete Prüfscheibe dagegen wurde zu Vergleichszwekken
aus den üblichen geschmolzenen Aluminoxydkörnchen mit einer Siebgröße von etwa 1,7,
1,4 und 1,2 mm hergestellt.
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Diese Schleifscheiben wurden dann: zu einem Probeschleifen an einem
rostfreien Stahl eingesetzt, wobei die Arbeitsbedingungen bei einer Kontaktbelastung
von
61,3 kg und einer Umdrehungsgschwindigkeit von 3660 Oberflächenmetern pro Minute
lagen. Die in einer Prüfreihe ermittelten mittleren Prüfungsergebnisse sind in der
Tabelle I angegeben.
| Tabelle I |
| Schleif- |
| Prüf- Scheiben- Stahlabschliff S/W/W |
| Scheibe abnutzung |
| cnm3/h kg/h |
| A 403 36,9 0,0917 33,7 |
| B 712 44,7 0,0629 28,1 |
| C 1100 39,4 0,0355 14,3 |
Die beiden auf der rechten Seite der vorstehenden Tabelle befindlichen Spalten geben
jeweils die Schleifwirkung der einzelnen Schleifscheiben an. Der Faktor S /W stellt
denjenigen Quotienten dar, der erhalten wird, wenn die Menge des abgeschliffenen
Stahls durch die Abnutzung der Schleifscheibe dividiert wird. Die letzte Spalte
gibt eine zu Vergleichszwecken geeignete Gütenummer an, die in der Weise erhalten
wird, daß die abgeschliffene Stahlmenge quadriert und durch die Abnutzung der Schleifscheibe
dividiert wird. Wie aus dem Gütefaktor S2/W der nach dem Beispiel hergestellten;
mit »A« und »B« bezeichneten Schleifscheiben hervorgeht, wird mit den erfindungsgemäßen
Schleifpellets im Vergleich zur Abnutzungsgeschwindigkeit der Schleifscheibe eine
ausgezeichnete Schleifwirkung und ein ausnehmend wirksamer Abschliff erzielt. Der
Gütefaktor der Prüfscheiben »A« und »B« liegt im wesentlichen zweimal so hoch wie
derjenige der Prüfscheibe »C«: Typische Gütenummern (S2lW) lagen bei den bisher
bekannten aus geschmolzenem Aluminiumoxyd bestehenden Schleifscheiben im allgemeinen
zwischen 12,5 und 16,3, d. h. also wesentlich niedriger als bei der nach der vorzugsweisen
der Erfindung hergestellten Schleifscheibe.
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Zu Prüfzwecken wurden außerdem noch weitere Schleifpellets und mit
nD«, »E« und »F« bezeichnete Schleifscheiben in den:# .,im Beispiel 1 beschriebenen
Verfahren unter Verwendung der gleichen Bindemittelzusammensetzung und der gleichen
Schleifpelletgröße wie bei der Prüfscheibe »A« hergestellt; lediglich der Anteil'
an verwendetem Aluminiumoxyd lag bei diesen` weiteren Schleifscheiben etwas höher.
Die Prüfscheiben »D« und »E« enthielten nämlich jeweils 88% Aluminiumoxyd, unterschieden
sich jedoch wiederum in der Kristallgröße der in den Pellets enthaltenen Aluminiumoxydkristalie.Bei
der Prüfscheibe »F« wurden Aluminiumoxydkristalle von 1 [, verwendet, die denjenigen
der Prüfscheibe »E« entsprachen, jedoch lag der Anteil an Aluminiumoxyd in diesem
Fall mit 85% etwas niedriger. Die hier erzielten Prüfergebnisse sind in der Tabelle
II in der gleichen Form wie bei Tabelle I festgehalten.
Tabelle 1I Schleifwirkung im Vergleich zur Kristallgröße des Aluminiumoxyds
Bemerkung: Die Schleifscheiben »D« und »E« wurden mit einer Kontaktbelastung von
359 kg an einer 7,6 cm breiten Scheibe, die Scheibe »F« mit 323 kg Kontaktbelastung
an einer 7,6 cm breiten Scheibe geprüft.
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Wie bei einem Vergleich der in Tabelle 1I aufgeführten Angaben ersichtlich
wird, besitzt die Prüfscheibe »E« mit einer durchschnittlichen Aluminiumkristallgröße
von etwa 1 w im Vergleich zur Prüfscheibe »D« der gleichen Zusammensetzung, aber
mit einer Aluminiumoxydkristallgröße von durchschnittlich 10 w, bei Anwendung der
gleichen Prüfbedingungen wesentlich bessere Schleifeigenschaften, wie dies in dem
Gütefaktor S2/W zum Ausdruck kommt. Die mit der Prüfscheibe »F« erzielten Ergebnisse
sind deshalb angegeben, um die ausgezeichnete Schleifwirkung der Schleifpellets
mit einer mittleren Aluminiumkristallgröße von etwa 1 w nochmals zu verdeutlichen.
Wie in der Tabelle II angegeben, besitzt die Prüfscheibe »F« eine andere Zusammensetzung,
und sie wurde auch unter anderen Bedingungen geprüft als die Prüfscheiben »D« und
»E«.
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Es wurde noch eine Reihe von weiteren mit »G«, »H« und »I« bezeichneten
Prüfscheiben hergestellt, um zu zeigen, wie sich die Dichte oder das spezifische
Gewicht der Schleifpellets auf die Schleifwirkung einer daraus gefertigen Schleifscheibe
auswirkt. Die Zusammensetzung der bei den Prüf-Scheiben »G«, »H« und »I« verwendeten
Schleifpellets entsprach derjenigen der im BeispielI beschriebenen Pellets. Die
Schleifpellets der Prüfscheiben »G«, »H« und »I« enthielten dabei jeweils etwa 78,7
% Aluminiumoxyd und etwa 21,3'% eines Glasbindemittels. Die Dichte der Schleifpellets
der Prüfscheibe »G« entsprach im wesentlichen derjenigen der nach dem Beispiel »I«
hergestellten Prüfscheibe »A«. Die mit den Schleifscheiben »G«, »H« und »I« erzielten
Prüfergebnisse sind in Tabelle III angegeben.
Wie aus der Tabelle
III hervorgeht, lag das spezifische Gewicht oder die Dichte der Schleifpellets bei
der Prüfscheibe »G« am höchsten und bei der Prüfscheibe »I« am niedrigsten. Diese
unterschiedliche Dichte wurde in der Weise erzielt, daß bei der Herstellung der
Schleifpellets unterschiedliche Brenntemperaturen zur Anwendung gelangten. Ein Vergleich
der durch den Gütefaktor S2/W ausgedrückten Gütenummern zeigt eine progressive Abnahme
der Schleifwirkung der Schleifscheiben mit abnehmender Dichte der Schleifpellets.
Trotzdem. ist die Schleifwirkung der Prüfscheibe »I« immer noch wesentlich besser
als diejenige von solchen Schleifscheiben, die unter Verwendung der bisher üblichen
Schleifkörnchen aus geschmolzenem Aluminiumoxyd hergestellt und unter ähnlichen
Bedingungen geprüft wurden. Aus diesem Grunde sollte das spezifische Gewicht der
Schleifpellets bei mindestens 2,75 g/cm2, vorzugsweise aber bei einem derartigen
Wert liegen, der im wesentlichen dem bei der jeweiligen Zusammensetzung erhältlichen
Maximalwert entspricht.