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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs
für die Oberflächenbearbeitung von Holz, Leder, Kunststoff od. dgl. durch Auflöten
von lotmetallüberzogenen Schleifkörnern in gegenseitigem Abstand auf den Träger
unter Gasatmosphäre.
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Ein wesentliches Problem beim Aufbringen von Schleifkörnern auf die
Oberfläche von Werkzeugen, z. B. Schleifscheiben nach Art der feilen- oder raspelartigen
Werkzeuge, liegt darin, einerseits die Schleifkörner sicher mit der Oberfläche zu
verbinden, während andererseits zwischen den Schleifkörnern genug freier Raum zur
Aufnahme der bei weichen zu bearbeitenden Werkstoffen voluminösen Späne zu schaffen
ist, ohne daß dabei der Abstand der Schleifkörner zu groß und damit die Bearbeitungswirkung
zu gering wird.
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Es sind Verfahren zum Aufbringen von Schleifkörnern auf derartige
Werkzeuge bekannt (deutsche Patentschrift 861914, britische Patentschrift 668144,
USA.-Patentschrift 2 562 887), bei welchen die Schleifkörner oder der Träger mit
Lot überzogen oder Lot und Schleifkörner gleichzeitig auf den Träger aufgebracht
werden und bei einem gleichzeitigen oder anschließenden Erhitzen die Schleifkörner
auf der Oberfläche des Werkzeuges verlötet werden. Bei diesen bekannten Anordnungen
muß aus fertigungstechnischen Gründen eine gewisse Mindestmenge von Lot verwendet
werden, das bei einer entsprechend dichten Anordnung der Schleifkörner die Zwischenräume
zwischen diesen weitgehend ausfüllt. Dadurch wird der für die Spanaufnahme zur Verfügung
stehende Raum so vermindert, daß die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten
Werkzeuge zum Schmieren neigen, wenn die Schleifkörner in einer entsprechenden Dichte
angebracht sind.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren
zu schaffen, durch welches die Schleifkörner auch mit einer wesentlich geringeren
Lotmenge sicher auf der Werkzeugoberfläche verlötet werden können. Gemäß der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß die Schleifkörner mit einem in einer verflüchtigbaren
Trägerflüssigkeit suspendierten Hartlot überzogen sind.
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Die Erfindung macht sich dabei zwei Prinzipien zunutze, daß bei Verwendung
einer Suspension der nach dem Verlöten verbleibende Anteil an Lötmasse geringer
als bei Verwendung von reinem Lot ist und zum anderen, daß durch die Adhäsion das
Lot sich um die Körner sammelt und diese festlegt, während die Lotschicht zwischen
den Körnern außerordentlich dünn ist oder völlig abreißt.
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Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird es also möglich, einen
wesentlich größeren freien Raum zwischen den einzelnen Schleifkörnern zu schaffen,
als dies mit bekannten Verfahren möglich ist.
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Dabei ist vorzugsweise die auf jedem Schleifkorn aufgebrachte Menge
des Hartlotes so groß, daß die Dicke der Bindeschicht zwischen dem Schleifkorn und
dem Träger unter 101/o der mittleren Schleifkornhöhe liegt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine gemäß
der Erfindung mit Schleifkörnern bestückten Scheibe mit Körnern unterschiedlicher
Größe, F i g. 2 einen Schnitt durch die Scheibe gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine Schrägansicht
auf ein rundfeilenartiges Werkzeug, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
an der Oberfläche mit Schleifkörnern bestückt ist, F i g. 4 schematisch eine Schrägansicht
auf ein handfräsenartiges Werkzeug, F i g. 5 eine Schrägansicht auf einen Oberflächenausschnitt
einer mit Schleifkörnern bestückten Arbeitsfläche eines Werkzeuges und F i g. 6
einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß bestücktes Werkzeug.
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Das in F i g. 1 dargestellte Werkzeug 20 ist ein scheibenartiges
Oberflächenbearbeitungswerkzeug mit ebener Arbeitsfläche 21 und einer Mittelöffnung
22, so daß das Werkzeug auf eine Welle aufgesetzt werden kann. Viele Schleifkörner
23 sind auf der Arbeitsfläche 21 des Schneidwerkzeuges 20 verteilt. Das Verteilungsmuster
der Schneidkörper ist weiträumig gewählt, d. h., die Schleifkörner 23 haben einen
verhältnismäßig weiten Abstand voneinander und bedecken nur einen Bruchteil der
Arbeitsfläche 21 des Werkzeuges.
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Die Schleifkörner 23 des Werkzeuges 20 bestehen nicht aus den üblichen
Schleifteilchen, wie Aluminiumoxyd-, Granat-, Sandkörnern u. dgl., sondern aus zerkleinerten
oder zerteilten Teilchen eines Metallkarbidmaterials, beispielsweise aus Wolframkarbid,
Siliciumkarbid oder Borkarbid. Die Wahl des jeweiligen Karbids richtet sich nach
dem Verwendungszweck des Schneidwerkzeuges und der Zähigkeit und Härte der mit dem
Werkzeug zu bearbeitenden Werkstoffe. Wolframkarbid ist wesentlich härter als Siliciumkarbid
und kann daher zum Schneiden von etwas härteren Werkstoffen verwendet werden. Borkarbid
dagegen ist härter und zäher als Wolframkarbid oder Siliciumkarbid, ist jedoch bei
der Herstellung etwas schwieriger zu verarbeiten und etwas teurer. Im allgemeinen
ergibt Wolframkarbid ausgezeichnete Schneidkörper und stellt daher für viele Anwendungszwecke
das beste Schneidmaterial dar.
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Die Schleifkörner 23 sind an die Arbeitsfläche 21 der Schneidscheibe
20 mittels einer sehr dünnen Schicht aus Lötmetall gebunden. Wie später noch in
Verbindung mit F i g. 6 beschrieben wird, sind die Schleifkörner nicht in das Lötmetall
eingebettet, sondern die Bindung ist auf ein Haften mit der Rückseite der Schleifkörner
begrenzt. Der aus Lötmetall bestehende Film, der die Schleifkörner 23 an die Werkzeugfläche
21 bindet, ist in seiner Stärke auf weniger als die Hälfte der mittleren Höhe der
Schleifkörner begrenzt und beträgt vorzugsweise weniger als 10 % der mittleren Höhe
der Schleifkörner. In den nachstehend gegebenen Beispielen für das Herstellungsverfahren
hat die Lötmetallschicht eine Höhe von etwa 2 bis 5 % der mittleren Höhe der Schleifkörner
und kann in der zwischen den Schleifteilchen liegenden Fläche unterbrochen sein.
Vorzugsweise besteht das Lötmaterial aus verhältnismäßig reinem Kupfer, jedoch können
auch Silberlegierungen und andere Lötmetalle verwendet werden.
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Die Schleifkörner 23 können wahllos auf der Arbeitsfläche 21 verteilt
sein, wie im Sektor 24 des Schneidwerkzeuges 20 dargestellt ist. Sie können
auch regelmäßig verteilt sein, wie die Sektoren 25 und 26 zeigen. In den meisten
Fällen sind die Schleifkörper
bei dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug
20 praktisch gleichmäßig über die gesamte Arbeitsfläche 21 verteilt. Die
in den Sektoren 24, 25 und 26 gezeigten verschiedenen Verteilungsarten
werden nicht bei einem einzigen Werkzeug gemeinsam verwendet.
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Das Schneidwerkzeug 20 wird in einer Maschine üblicher Art
verwendet, die für gewöhnlich als Schmirgelschleifmaschine bezeichnet wird. Die
Glätte der fertig bearbeiteten Oberfläche wird in erster Linie von der Größe der
Schleifkörner 23 bestimmt, die beträchtlich schwanken kann. Die Schleifkörner sind
mittels der üblichen Siebverfahren gesichtet und können beispielsweise aus groben
Schleifteilchen einer Korngröße von 1,19 mm bis zu feinen Schleifteilchen einer
Korngröße von 0,060 mm reichen. Ein bestimmtes Werkzeug ist im Hinblick auf die
weite Verteilung der Schleifkörner mit Schleifteilchen von praktisch gleichmäßiger
Größe versehen. Bei der Fertigbearbeitung einer Oberfläche auf eine bestimmte Glätte
sollen die Schleifkörner 23 des Schneidwerkzeuges 20 etwas kleiner sein als die
Schleifkörnchen, die bei den üblichen Schleifmaterialien, z. B. bei Sandpapier,
Schmirgelpapier u. dgl., verwendet werden.
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F i g. 2 zeigt im Querschnitt ein scheibenartiges Schleifwerkzeug
30, das dem in F i g. 1 dargestellten Schleifwerkzeug 20 entspricht. Das
Werkzeug 30 weist einen scheibenähnlichen Stahlträger 31 mit gegenüberliegenden
ebenen Arbeitsflächen 32 und 33 und einer umfangsseitigen Arbeitsfläche 34 auf.
Auch hier sind viele Schleifkörner 35, 36, 37 auf der Arbeitsfläche 32 bzw. 33 bzw.
34 des Werkzeugs verteilt und an diese mittels einer dünnen Schicht aus Lötmetall
gebunden, wie dies in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde.
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Die Größe der Schleifkörner 35 bis 37 braucht nicht gleichmäßig zu
sein. Bei einem bestimmten Werkzeug können die Schleifkörner 36 wesentlich kleiner
sein als die Schleifkörner 35, die wiederum etwas kleiner sein können als die am
Umfang befindlichen Schleifkörner 37. Infolgedessen kann das Schleifwerkzeug
30 beim Arbeiten sehr vielseitig verwendet werden. Wenn die Scheibe 31 mittels
einer Welle 39 gedreht wird, so wird Holz oder ein anderer Werkstoff zur Ausführung
einer Grobbearbeitung der Oberfläche an die auf der Arbeitsfläche 32 befindlichen
Schleifkörner 35 angelegt. Der gleichen oder einer anderen Werkstückfläche kann
eine feinere Oberflächenbearbeitung mittels der feineren Schleifkörner 36 gegeben
werden, die sich auf der gegenüberliegenden Arbeitsfläche 33 befinden. Das Werkzeug
kann auch als Kreissäge arbeiten, wobei die auf dem Umfang 34 der Scheibe befindlichen
Schleifkörner 37 verwendet werden. Bei der Verwendung des Werkzeugs als Säge leisten
die Schleifkörner 35 und 36 auch eine wertvolle Arbeit, indem sie den hergestellten
Schlitz glätten, d. h., das Werkzeug stellt gleichzeitig einen Schlitz her und glättet
die bei diesem Schnitt hergestellte Fläche.
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Ein anderes in F i g. 3 dargestelltes feilenartiges Werkzeug
50 besteht aus einem kegelförmigen Stahlträger 51 mit einer Außenfläche,
die Schleifkörner 52 aus zerkleinertem Metallkarbid trägt. Das Werkzeug 50 ist mit
einem Handgriff 53 versehen und wird bei der Bearbeitung von gekrümmten Oberflächen
und bei ähnlichen Arbeiten verwendet.
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Das in F i g. 4 dargestellte Schneidwerkzeug 60
besteht aus
einem federnd nachgiebigen Metallstreifen 61, vorzugsweise aus verhältnismäßig dünnem,
biegsamem Stahl, dessen Enden eine solche Form haben, daß der Streifen in eine Schwingschleifmaschine
(durch die strichpunktierte Linie 62 angedeutet) eingebaut werden kann. Die Arbeitsfläche
63 des Stahlbandes 61 ist, wie oben bereits beschrieben, mit einer dünnen Schicht
aus Lötmetall und Schleifkörnern 64 versehen.
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Bei allen Schneidwerkzeugen nach der Erfindung sind die einzelnen
Schneidkörper verhältnismäßig weiträumig auf der Arbeitsfläche des Werkzeugs verteilt,
und zwar sind sie vorzugsweise auf einen Verteilungsfaktor von 15 % oder weniger
begrenzt. Mit anderen Worten, die Schneidteilchen haben im Durchschnitt einen Abstand
voneinander, der ungefähr das Doppelte ihres mittleren Durchmessers beträgt. Diese
Verteilung ist aus der vergrößerten Darstellung in F i g. 5 zu ersehen, die einen
Teil der Arbeitsfläche irgendeines der Werkzeuge nach F i g. 1 bis 4 darstellt und
mehrere an einer Arbeitsfläche 67 angelötete Schleifkörner 66 zeigt. Die Schleifkörner
nach F i g. 5 sind zufallsmäßig verteilt, wobei der Abstand zwischen den einzelnen
Teilchen sehr unterschiedlich ist. Die Werkzeuge können jedoch im Rahmen der Erfindung
auch in regelmäßigen Abständen voneinander stehende Schleifkörner aufweisen, wie
in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben. Ein Muster mit regelmäßiger Verteilung für
die Schleifkörner erfordert zwar zusätzliche Herstellungskosten, verglichen mit
einer zufallsmäßigen Verteilung, doch ergeben sich hierdurch Ersparnisse in der
Menge der Schleifkörner. Das bei der Herstellung eines bestimmten Werkzeuges zu
verwendende jeweilige Muster hängt also in erster Linie von den beabsichtigten Kosten
ab, jedoch ist in manchen Fällen das regelmäßige Muster gerechtfertigt, weil es
eine etwas bessere Schneidwirkung liefert.
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F i g. 6 ist ein stark vergrößerter Schnitt eines erfindungsgemäß
hergestellten Werkzeuges und kann als Darstellung eines Schnittes durch eine der
Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 5 angesehen werden. Hierbei sind 70 die Schleifkörner,
71 die Arbeitsfläche, 72 der Metallträger und 73 die dünne Schicht aus Lötmetall.
Damit eine Bindung genügender Festigkeit erzielt wird, muß das Lötmetall die Karbidteilchen
benetzen und mit einem begrenzten zusätzlichen Teil der Karbidteilchen in Berührung
stehen, der nicht zur unmittelbaren Bodenfläche der Teilchen gehört, wie dies bei
74 dargestellt ist. Die wirksame Dicke des Lotmetalls ist jedoch selbst dort, wo
es die Schleifkörner 70 berührt, sehr viel geringer als die Gesamthöhe der Karbidteilchen
und bedeckt daher nicht merkbar die Schneidkanten dieser Teilchen.
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge
besteht im Aufbringen eines sehr dünnen Belages aus Lötmetall auf die Arbeitsfläche
eines Metallträgers, gewöhnlich einer Stahlunterlage. Wenn die Oberfläche des Metallträgers
nicht bereits rein ist, wird sie sorgfältig gesäubert, und zwar durch Entfetten
und durch Sandstrahlbehandlung, um alle Restspuren von Oxyden zu entfernen, die
das Löten stören könnten. Das Lötmetall wird als pulverförmiges Metall oder Metalloxyd
verwendet, das in einem verflüchtigbaren Träger, wie Polyvinylacetat, Glycerin,
Äthylenglykol oder Methylcellulose, dispergiert ist und die losen Schleifkörner
überzieht. Zu diesem Zwecke werden
die Metallkarbidteilchen mit
dem zerkleinerten Kupfer oder Kupferoxyd.und einem verflüchtigbaren Träger, wie
Äthylenglykol, gründlich gemischt oder anderweitig überzogen, worauf das Gemisch,
das für gewöhnlich breiartige Konsistenz hat, getrocknet wird. Die überzogenen Teilchen
werden dann vorzugsweise in Pulverform auf die Arbeitsfläche der Werkzeugunterlage
aufgesprüht oder anderweitig aufgebracht.
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Das Verteilen der Metallkarbidteilchen auf der Arbeitsfläche des Werkzeuges
kann auf vielerlei Arten erfolgen, beispielsweise durch Schüttel- und Vibrationsmaschinen,
durch Aufnahme im Vakuum und Absetzen, durch elektrostatische Wirkung oder durch
eine Kombination dieser Verfahren. Vielleicht das einfachste Verfahren, das sich
in jeder Hinsicht, mindestens für verhältnismäßig kleine Erzeugungsmengen, als zufriedenstellend
erwiesen hat, besteht darin, die Karbidteilchen auf die Arbeitsfläche aus einem
durchlochten Behälter aufzustreuen. Ein üblicher Salzstreuer ist für diesen Zweck
verwendbar. Für die Massenherstellung wird natürlich eine zweckdienlichere Vorrichtung
verwendet, um die Schleifkörner in einer einlagigen Schicht auf der Arbeitsfläche
zu verteilen.
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Nach dem Aufbringen oder Verteilen werden die Schleifteilchen auf
den Metallträger gedrückt. Dies kann durch leichtes Walzen oder Pressen erfolgen,
wodurch die Höhen der Schleifteilchen ausgerichtet werden, so daß sie eine gleichförmige
Schleiffläche bilden, und die flachen Flächen der einzelnen Schleifteilchen, die
als Bodenflächen dienen können, werden in Tragberührung mit dem Metallträger gebracht.
Das Walzen oder Pressen wird so ausgeführt, daß die Schleifteilchen nicht abgehoben
und nicht zerstoßen oder merklich beschädigt werden, was durch leichtes überrollen
mit einer Holzwalze oder Drücken auf die aufgelegten Schleifteilchen mit Pappe erreicht
wird.
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Sobald die mit Lötmaterial umhüllten Schneidkörper auf der Arbeitsfläche
der Werkzeugunterlage verteilt sind,. wird das Werkzeug erhitzt. Beim Ansteigen
der Temperatur des Werkzeuges wird der flüchtige Träger, in welchem die Metall-
oder Metalloxydteilchen suspendiert sind, allmählich verdampft, bis der gesamte
Träger abgetrieben worden ist. Um eine Bewegung der Karbidteilchen auf der Arbeitsfläche
während des Verdampfens und Abtreibens der Trägerflüssigkeit zu vermeiden, ist es
zweckmäßig, daß diese eine verhältnismäßig hohe Verdampfungstemperatur hat, so daß
das Kupfer, Kupferoxyd oder das sonstige Lötmetall eine verhältnismäßig hohe Temperatur
erreicht, ehe die gesamte Trägerflüssigkeit verdampft ist, und die Karbidteilchen
werden von dem Metall oder Metalloxyd in ihrer Lage festgehalten. Weiteres Erhitzen
bringt das Lötmetall auf seine Schmelztemperatur. Wenn das Lötmetall den flüssigen
Zustand erreicht, rinnt es von den Karbidteilchen ab, benetzt die Stahlunterlage
und die Karbidteilchen und bildet zwischen diesen Teilen eine einwandfreie, sehr
feste Lötverbindung. Da das Lötmetall die Karbidteilchen benetzt, sammelt es sich
etwas an denjenigen Flächen an, die diesen Teilchen benachbart sind. Dies kann genügen,
um die Lötmetallschicht möglichst dünn werden zu lassen und sogar einige Teile der
Arbeitsfläche von dem Lötmetallfilm völlig frei zu lassen. Ein übermäßiges »Klumpen«
des Lötmetalls soll vermieden werden, da es nicht erwünscht ist, daß größere Metallansammlungen
die aus Karbid bestehenden Schneidkörper umgeben. Aus diesem Grunde ist es wesentlich,
daß die aufgebrachte Lötmetallmenge begrenzt wird, um die Bildung einer zu dicken
Lötmetallschicht auf der Arbeitsfläche zu verhüten. Auf den frei liegenden Flächen
der Teilchen kann ein sehr dünner Kupferfilm zurückbleiben, dieser reibt sich aber
bereits bei der ersten Verwendung des Werkzeuges ab.
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Der Erhitzungsvorgang muß je nach der verwendeten Art des Lötmaterials
in einer nichtoxydierenden oder einer reduzierenden Atmosphäre ausgeführt werden.
Im allgemeinen arbeitet man vorzugsweise mit einer reduzierenden Atmosphäre. Wird
metallisches Kupfer als Ausgangsmaterial für den Lötvorgang verwendet, so ist der
Zusatz eines Flußmittels zu der Suspension äußerst vorteilhaft. Eine verhältnismäßig
geringe Menge von wasserfreiem Borax kann zu diesem Zweck der Lötmetallsuspension
zugesetzt werden.
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Vorzugsweise wird ein stetig arbeitender oder mit Fördervorrichtung
versehener Ofen verwendet, in welchem sich eine Vorerhitzungszone (z. B. 204 bis
10380 C), eine Lötzone (über 1093° C) und eine Kühlzone (z. B.
93' C) befinden. Eine nichtoxydierende oder reduzierende Atmosphäre wird
innerhalb des Ofens aufrechterhalten, um die Entkohlung der Karbidteilchen und eine
Oxydation des Lötmetalls zu verhüten. Temperaturen oberhalb 10931 C (z. B.
1104 bis 11270 C) sind als Kupferlöttemperaturen zufriedenstellend.
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Die nachstehenden Lötmetallzusammensetzungen können bei der Ausführung
der Erfindung verwendet werden.
Zusammensetzungen dieser Art sind im Handel erhältlich.
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Die vorstehenden Zusammensetzungen können mit Wasser oder Gemischen
aus Wasser und Äthylenglykol verdünnt werden. Eine Zusammensetzung, die die richtige
Viskosität bei der Verwendung mit groben Schleifteilchen hat, muß zur Verwendung
mit überfeinen Schleifteilchen verdünnt werden.