DE19505844A1 - Verfahren zum Herstellen und Verwenden eines Schleifringes für Schleifscheiben sowie Schleifring für Schleifscheiben und Vorrichtung zur Verfahrensdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Herstellen eines metalli­ schen Schleifringes für Radial- oder Axial-Schleifscheiben und außerdem die Verwendung (Anspruch 2) eines solchen Schleifringes zum Herstellen einer Radial- oder Axial-Schleif­ scheibe.

Bei dem aus der DE 35 37 331 A1 bekannten gleich­ artigen Verfahren und der darin beschriebenen Verwendung ist der Tragring (8) ein ringförmiges Metallblech (1), das mit einer Mischung aus Diamantsplittern, Siliziumkarbid oder dergleichen als Schleifmittel und aus einem "temporären (Bindemittel belegt (Fig. 1) sowie mit diesem Schleifmate­ rial (2) bedeckt kalandriert (Fig. 2) wird, bevor es gebo­ gen wird (Fig. 3) oder nachdem es gebogen ist (Fig. 4), wo­ bei die "entsprechende geeignete" Zwischenschicht (10) zwi­ schen der inneren Umfangsfläche des Tragringes (8) und der äußeren Umfangsfläche (9a) eines scheibenförmigen, zentral gelochten Tragkörpers (9) vorzugsweise aus Kunststoff ange­ ordnet wird.

Diamant- und CBN-Schleifscheiben werden in der Regel nach folgendem Verfahren hergestellt: ein massiver, zylindrischer Trägerkörper aus Stahl oder einem anderen Schwermetall wird in eine Stahlform gelegt, die einen hohen, schmalen Spalt an seinem Umfang frei läßt. In diesen Spalt wird ein Gemisch aus Metallpulver und Schleifmittel gefüllt, das anschließend mit zwei ringförmigen Stempeln von oben und unten unter Einwir­ kung von Wärme und Druck axial verdichtet wird. Die dabei auftretenden radialen Kräfte werden außen von der Form und innen vom Trägerkörper aufgenommen.

Prinzipbedingt werden hohe, schmale Beläge (H:B 3 : 1) bei dieser Vorgehensweise in den an den Stempeln anliegenden Bereichen stärker verdichtet als in der Mitte. Nicht aus­ reichende Verdichtung des Schleifbelages bewirkt aber schnelleren Verschleiß, so daß bei diesen Scheiben die Gefahr besteht, daß sie über die Schleifscheibenbreite ein ungleich­ mäßiges Verschleißverhalten zeigen.

Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren anzugeben, durch das gleichmäßiger ver­ dichtete Schleifschichten mit entsprechend gleichmäßigerem Verschleißverhalten erzeugbar sind.

Diese Aufgabe ist ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gegebene Folge von Verfahrensschritten 1.1 bis 1.6 oder 1.7 offenbar gelöst.

Gegenstand der Erfindung sind nicht nur die unmittelbaren Verfahrenserzeugnisse, sondern ist auch jeder andere Schleifring gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, sofern er dank einer gleichmäßiger verdichteten Schleifschicht ein gleichmäßigeres; Verschleißverhalten zeigt.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 zur Verfahrensdurchführung.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer durch die Zeich­ nung beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Radialschleifscheibe bzw. zweier Vorrichtungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzel­ nen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen zentralen Querschnitt der Ausführungsform;

Fig. 2 bis 5 gleiche, teilweise dargestellte Querschnitte des entstehenden Schleifringes der Ausführungsform und der diesen auf­ nehmenden Vorrichtung, insbesondere

Fig. 2 das Verfahrensstadium "Beginn";

Fig. 3 das Verfahrensstadium "Axialdruck/ Keine Wärmezufuhr";

Fig. 4 das Verfahrensstadium "fortgesetzter Axialdruck/Wärmezufuhr";

Fig. 5 das Verfahrensstadium "Ende vor Ausschnitt";

Fig. 6 bis 8 und Fig. 9 bis 11 je den Fig. 2 bis 4 entsprechendes.

Die erfindungsgemäße Schleifscheibe zeigt gegenüber der be­ kannten Ausführung einen geänderten Aufbau (Fig. 1): der Schleifbelag a befindet sich auf einem zweiteiligen, dünnen Ring. Der äußere Ring b besteht aus Kupfer, einer Kupfer­ legierung, Silber oder einem sonstigen Werkstoff mit guten Bindungseigenschaften gegenüber dem Schleifbelag, der innere Ring c aus einem konventionellen oder einem rostbeständigen Stahl. Die Einheit aus Schleifbelag a und Ringen b, c ist wiederum auf einem Trägerkörper d mit Umfangsfläche f befestigt, der in seiner Mitte eine Bohrung e besitzt, mit der die Schleifscheibe auf der Spindel einer Schleifma­ schine befestigt werden kann. Der Werkstoff des Trägerkör­ pers kann an unterschiedliche Anforderungen (Gewicht, Dämp­ fung, Rostbeständigkeit) angepaßt werden und aus Leicht-, Schwermetall oder Kunststoff bestehen.

Mit dem hier vorgestellten Verfahren wird der bisherige Nachteil hoher und schmaler Beläge, nämlich die geringere Dichte im Mittenbereich, aufgehoben oder wesentlich vermin­ dert. Das wird dadurch erreicht, daß während der Verdichtung der Schleifschicht, neben dem axialen Druck der Stempel, ein radialer Druck durch einen Ausdehnungskörper aufgebracht wird.

Hierzu wird (siehe Fig. 2) in eine als äußere Sinterform dienende, druck- und temperaturfeste Form 14 ein dünner, zweiteiliger Ring 12, 13 eingelegt. Wesentlich ist, daß er "dünn" ist, d. h., daß er in der Regel eine Gesamtstärke von nicht mehr als 1,0 bis 2,5 mm aufweist, so daß er Druck­ kräften radial nach innen und außen nachgeben kann. Der äußere Ring 12 besteht aus Kupfer, Kupferlegierung oder Silber in einer Stärke unter 0,1 mm und wird üblicherweise galvanisch auf dem inneren Ring 13 aus Schwermetall abge­ schieden. Der ringförmige Hohlraum 20 zwischen Form 14 und Ring 12 wird oben und unten durch je einen ebenfalls ring­ förmigen Stempel 16 bzw. 17 dicht geschlossen. Ein weiterer, wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung zum Durchführen des hier vorgestellten Verfahrens ist der als innere Sinterform dienende Ausdehnungskörper 15, der in den Ring 13 eingelegt wird. Sein Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurch­ messer des Rings 13; dadurch entsteht ein Spalt 18 von 0,05 bis 0,2 mm Breite, und er ist aus einem Werkstoff gefertigt, dessen Ausdehnungskoeffizient größer ist als der von Form und Stempeln, sowie stärker beheizbar als die Form 14. In den Hohlraum 20 wird ein pulverförmiges Gemisch 11 aus Metall und Schleifmittel eingefüllt, und er wird mit dem oberen Stempel 16 verschlossen. Im nächsten Arbeitsgang (Fig. 3) wird die spätere Schleifschicht 11 mit den Stempeln 16 und 17 axial verdichtet. Die Ringkombination 12, 13 gibt dem zentripetalen Radialdruck nach und wird soweit zusammenge­ preßt, bis sie am Ausdehnungskörper 15 anliegt. Dadurch verbreitert sich der Raum zwischen Form 14 und Ring 12 um den Abstand 19.

Erst jetzt folgt der eigentliche Sintervorgang (Fig. 4). Die Vorrichtung wird gezielt erwärmt, gleichzeitig wird die Schleifschicht 11 weiter durch die Stempel 16 und 17 verdichtet.

Dabei vergrößert der Ausdehnungskörper 15 durch die Erwärmung seinen Durchmesser; aufgrund seines höheren Ausdehnungsko­ effizienten jedoch stärker als die übrigen Teile. Der ver­ breiternde Abstand 19 zwischen Form 14 und Ring 12 wird wieder bis auf sein ursprüngliches Maß (Fig. 2) verkleinert. Diese zusätzliche radiale Verdichtung bewirkt die erwünschte gleichmäßigere Dichteverteilung über die Höhe der Schleif­ schicht. Die abgekühlte Einheit aus Schleifschicht 11 sowie Ringen 12 und 13 wird den Sinterformen 14 und 15 entnommen. Schließlich werden die beiden Randzonen 21 ohne Schleif­ schicht 11 von der Mittelzone mit Schleifschicht 11 abgetrennt.

Zur Durchführung zweier Varianten des zuvor beschriebenen Verfahrens wird eine etwas geänderte Vorrichtung gemäß Fig. 6 bis 11 gebraucht, bei welcher der innere Ausdehnungs­ körper 15 durch drei aneinander liegende, koaxiale, ungefähr gleich große Scheiben 22, 23 und 24 als innere Sinterform ersetzt ist, de­ ren beide-äußere Scheiben gleiche Wärmeüberträger sind und bei der ersten Variante (Fig. 6 bis 8) den Randzonen 21 zugeordnet sind. Dabei ist der Außendurchmesser der pressenden mittleren Scheibe 23, die ein balliges Außenprofil aufweisen kann, mehr (siehe Fig. 9) oder weniger (siehe Fig. 6) kleiner als derjenige der beiden äußeren Scheiben 22 und 24 (bei Raum­ temperatur), und ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der mittleren Scheibe 23 wesentlich größer als derjenige der beiden äußeren Scheiben 22 und 24 sowie der Form 14. Im Falle der ersten Verfahrensvariante ist im Verfahrens­ stadium "Beginn" (Fig. 6) die radiale Breite des Spaltes 18 an der mittleren Scheibe 23 etwas größer als axial daneben. Folglich ist im Verfahrensstadium "Axialdruck/keine Wärme­ zufuhr" (Fig. 7) eine Auswölbung der Schleifschicht 11 und der Ringkombination 12, 13 in die mittige Spaltvergrößerung festzustellen. Diese Auswölbung ist in ihr Gegenteil verkehrt, wenn das Verfahrensstadium "fortgesetzter Axialdruck/Wärme­ zufuhr" (Fig. 8) erreicht ist, da sich die mittlere Scheibe 23 stärker gegen die Form 14 ausdehnt als die beiden äußeren Scheiben 22 und 24.

Im Falle der zweiten Verfahrensvariante wird auch die zuvor beschriebene Vorrichtung gebraucht, aber die Abtrennung zweier Randzonen 21 ohne Schleifbelag von einer Mittelzone mit Schleifbelag vermieden, indem im Verfahrensstadium "Be­ ginn" (Fig. 9) in die Vorrichtung zwischen die Form 14 und die pressende mittlere Scheibe 23 ein Tragring 25 (wiederum versehen mit einer Zwischenschicht) eingelegt wird, dessen axiale Breite derjenigen der mittleren Scheibe 23 entspricht, so daß der dem Spalt 18 entsprechende Spalt 26 auf diese Mittelzone beschränkt ist, während die beiden äußeren Schei­ ben 22 und 24 zwar an der ungesinterten Schleifschicht 11, nicht jedoch an den beiden Stempeln 16 und 17 anliegen, damit deren axiale Bewegung zur Kompression der Schleifschicht 11 unbehindert erfolgen kann, wobei der radiale Abstand Scheibe 22 oder 24 - Stempel 16 bzw. 17 aber nicht so groß sein darf, daß Schleifmaterial in den Zwischenraum verdrängt werden kann. - Im Verfahrensstadium "fortgesetzter Axialdruck/Wärme­ zufuhr" (Fig. 10) muß die Schleifschicht 11 auf die axiale Breite des Ringes 25 komprimiert sein und soll dieser sich ein wenig zwischen die beiden Stempel 16 und 17 ausgedehnt haben. Damit ist der maximale Verdichtungsdruck in der Schleifschicht 11 erreicht, und zwar durch stärkere radiale Wärmeausdehnung der mittleren Scheibe 23 relativ zur kühleren Form 14.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Schleifringes für Schleifscheiben, bei welchem eine sinterfähige Mischung aus nichtmetallischem Schleifmittel und aus Bindemittel unter Wärmeeinfluß zu einer Schleifschicht gesintert und ein me­ tallischer Tragring, gegebenenfalls mit einer Zwischenschicht versehen, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der gegebenen Schrittefolge

• 1.1 ein Tragring (innerer Ring 13; 25) aus Metall, ggf. mit einer auf diesen galvanisierten Zwischenschicht (äußerer Ring 12) aus metallischem Werkstoff, gebildet wird, der bzw. die kohäsiv mit einem metallischen Bindemittel ver­ bindbar ist;
• 1.2 der Tragring (13; 25), gegebenenfalls mit Zwischenschicht (12), zwischen eine innere und eine äußere metallische Sinterform (Form 14, Ausdehnungskörper 15; 23) gelegt wird, die druck- und wärmefest sind sowie ver­ schiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben und/oder Temperaturen erreichen, wobei die dem Tragring (13; 25) näher benachbarte Sinterform (15; 23) mit diesem (13; 25) in kaltem Zustand einen ungefähr 0,05 bis 0,2 mm breiten Spalt (18; 26) bildet und gegebenenfalls den wesentlich höheren Koeffizienten aufweist;
• 1.3 in einen Raum (20) zwischen der dem Tragring (13; 25) ferneren Sinterform (14; 22 bis 24) und diesem Ring (13; 25) die beide trennende Mischung (11) aus Schleif- und Binde­ mitteln eingebracht wird, ohne diesen Zwischenraum (20) ganz zu füllen;
• 1.4 mittels zweier beidseitig der Mischung (11) aus Schleif- und Bindemitteln in den diese aufnehmenden Zwischenraum (20) eingreifender Stempel (16 und 17) diese Mischung (11) kalt so stark verdichtet wird, daß der Tragring (13; 25), gegebenenfalls mit Zwischenschicht (12), unter Schließung des Spaltes (18; 26) gegen die diesem Ring (13; 25) näher benachbarte Sinterform - (15; 23) ge­ drückt und der Zwischenraum (20) dadurch vergrößert wird;
• 1.5 unter fortgesetzter Verdichtung der Mischung (11) aus Schleif- und Bindemitteln zumindest die dem Tragring (13) näher benachbarte Sinterform (15; 23) auf druckabhängige Sintertemperatur so erwärmt wird, daß der Zwischenraum (20) für die entstehende Schleifschicht (11) mindestens um die vorausgegangene Vergrößerung verkleinert wird;
• 1.6 die unter erneuter Spaltbildung erkalteten Sinterformen (1,4 und 15; 23) von dem Tragring (13; 25) mit gleichhoher Zwischenschicht (12) und mit gegebenenfalls weniger hoher Schleifschicht (11) entfernt werden; und gegebenenfalls
• 1.7 der Tragring (13), gegebenenfalls mit Zwischenschicht (12), um schleifschichtlose Randzonen (21) verkleinert wird.

2. Verwendung des nach Anspruch 1 hergestellten Schleif­ ringes (a, b, c) zum Herstellen einer Schleifscheibe (Fig. 1) mittels eines gelochten Tragkörpers (Scheibe d) gegebenen­ falls aus Kunststoff, auf dessen Stirnfläche (Umfang f) der Schleifring befestigt wird.

3. Metallischer Schleifring (a, b, c) für Schleifscheiben (Fig. 1), mit einer äußeren gesinterten Schleifschicht (Be­ lag a) gegebenenfalls aus Partikeln von Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) in metallischem Bindemittel, und mit einem inneren Tragring (c) aus Metall sowie einer Zwischen­ schicht (b), dadurch gekennzeichnet, daß diese (äußerer Ring b) zwischen dem aus Stahl bestehenden Tragring (äußerer Ring c) und der gleichmäßig verdichteten Schleif­ schicht (Belag a) angeordnet ist und aus einem auf den Trag­ ring (c) galvanisierten metallischen Werkstoff besteht, der sich kohäsiv mit dem Bindemittel der Schleifschicht verbindet, der mittelbar auf den Tragring (c) gesintert ist.

4. Schleifring nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Kupfer oder eine Kupferlegierung, oder durch Silber als Werkstoff der Zwischenschicht (äußerer Ring b).

5. Schleifring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenschicht (äußerer Ring b) höchstens 0,1 mm dick ist.

6. Schleifring nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (innerer Ring c) mit auf­ galvanisierter Zwischenschicht (äußerer Ring b) ungefähr 1,0 bis 2,5 mm dick ist.

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei koaxialen ringförmigen Sinterformen (14 und 15); dadurch gekennzeichnet, daß deren innere Form (15; 23) einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Sinterform (mittlere Scheibe 23) seitlich mit zwei Wärmeüberträgern (äußere Scheiben 22 und 24) belegt ist, die gegebenenfalls innerhalb der äußeren Sinterform (Form 14) liegen.