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Verfahren und Vorrichtung zum Oberflächenschleifen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von
Werkstücken vermittels abrasiver Schleifkörnung und ein Werkzeug zur Durchführung
dieses Verfahrens. Die Bezeichnung "Schleifen", wie sie im nachfolgenden benutzt
wird, soll dabei grundsätzlich alle Arten der Oberflächenbearbeitung umfassen, die
mit abrasiven Partikeln vorgenommen werden und umfaßt somit auch das abschließende
Schlichten und Veredeln einer Oberfläche und das Polieren derselben.
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Ein Nachteil der bekannten Schleifwerkzeuge besteht darin, daß sich
deren Reib- bzw. Schleiffläche relativ schnell mit Schleifschlamm oder Schleifstaub
dichtsetzt, der von dem Werkzeug und dem Werkstück abgetragen wird. Dementsprechend
verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Schleifvorganges und auch das abschließende
Finish
der Werkstückoberfläche. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und ein erzeus zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem die Reib- bzw.
Schleiffläche des Werkzeuges stets klar und griffig bleibt, so daß insgesamt sowohl
die Lebensdauer des Werkzeuges als auch das abschließende Finish der Werkstückoberfläche
verbessert wird. Weiterhin erlaubt eine stets gut schneidende und nicht zugesetzte
Reib- und Schleiffläche eine Erhöhung der Schleifgeschwindigkeit und des Schleifdruckes.
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Erfindungsgemäß besteht das neue Verfahren darin, daß ein Schleifkörper
aus einem faserigen netzartigen und schaumähnlichen Material, das mit Hohlräumen
durchsetzt ist, mit abrasiven Partikeln gefüllt wird. Die abrasiven Partikel sollen
dabei im Vergleich zu dem Werkstück eine größere Härte besitzen wohingegen das schaumähnliche
Material relativ zu der Werkstückhärte eine geringere Härte besitzen soll. Beim
Durchführen des Schleifvorganges wird daher das schaumähnliche Material eher abgetragen
und es werden frische, unverbrauchte Partikel an der Reib- bzw. Schleiffläche freigesetzt.
Zugleich werden Hohlräume an der Schleiffläche des schaumähnlichen Materials geöffnet,
so daß eine Flüssigkeit, die an der Schleiffläche des Schleifkörpers zugegeben wird,
den von dem Werkzeug und dem Werstück stammenden Schleifstaub bzw. Schleifschlamm
fortspülen kann.
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Vorzugsweise wird lediglich ein Teil der Hohlräume, Poren und Öffnungen
in dem Schleifkörper mit abrasiven Partikeln gefüllt.
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Die Hohlräume und Poren, die nicht mit abrasiven Partikeln belegt
sind; kommunizieren miteinander und bilden so durchgehende Verbindungen zwischen
der Reib- und Schleiffläche des Schleifkörpers und einer Gegenfläche, die von der
Schleiffläche entfernt
angeordnet ist. Durch diese Verbindungen
kann dann in äußerst vorteilhafter Weise eine Flüssigkeit direkt an der Schleiffläche
zugeführt oder von der Schleiffläche abgeführt werden. Zweckmäßig wird die Flüssigkeit,
z.B. eine Kühlflüssigkeit, ausgehend von der der Schleiffläche gegenüberliegenden
Fläche über die nicht-belegten Hohlräume in dem Schleifkörper der Schleiffläche
zugeführt, woraufhin dann die Flüssigkeit durch die geöffneten Hohlräume an der
Schleiffläche von dieser wieder abfließen kann.
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Die Erfindung umfaßt auch ein entsprechendes Schleifwerkzeug, das
aus einem netzartig vermaschten schaumähnlichen Material besteht, dessen Hohlräume
mit abrasiven Partikeln gefüllt sind.
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Die Härte der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche soll dabei wieder
zwischen der Härte der abrasiven Partikel einerseits und der Härte des schaumähnlichen
Materials andererseits liegen. Somit wird bei einem derartigen Werkzeug das schaumähnliche
Material beim Schleifvorgang abgetragen und es werden an der Schleiffläche stets
frische, noch nicht benutzte abrasive Partikel freigelegt. Ebenso werden an der
Schleiffläche des schaumähnlichen Materials befindliche Hohlräume geöffnet, so daß
die an der Schleiffläche zugegebene Flüssigkeit über die geöffneten Hohlräume abfließen
kann, wobei sie in der gewünschten Weise das abgetragene Material von dem Werkstück
und dem Werkzeug in Form von Schleifschlamm mit ausspült.
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Das Schleifwerkzeug ist zweckmäßig direkt mit einer Halterung ausgerüstet,
in der der Schleifkörper aus dem schaumähnlichen Material befestigt ist. Der Schleifkörper
kann der Form der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes angepaßt sein. Die
Anpassung des Schleifkörpers erfolgt vorteilhaft dadurch, daß der Schleifkörper
zunächst vorgeformt wird und erst anschließend die
Hohlräume des
Schleifkörpers mit den abrasiven Partikeln gefüllt werden.
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Die abrasiven Körner oder Partikel können aus jedem geeigneten Schleifmaterial
bestehen, z.B. Diamantsplitter oder einer künstlichen oder natürlichen Substanz
wie sie zu Schleif zwecken verwendet werden, wie z.B. Siliciumnitrit, Siliciumkarbid
oder Aluminiumoxyd, ebenso harte Legierungsstähle wie z.B. ein mit Nickel und Chrom
legierter Stahl.
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Die Halterung zur Aufnahme des Schleifkörpers kann mit Einlaßöffnungen
oder Auslaßöffnungen versehen sein, durch die eine Flüssigkeit dem Schleifvorgang
zugeführt wird. Zu diesem Zweck kommunizieren diese Öffnungen mit den Hohlräumen
in dem Schleifkörper, die nicht mit abrasiven Partikeln besetzt sind, und die miteinander
in Verbindung stehen, so daß die Flüssigkeit direkt über die Halterung und durch
den Schleifkörper hindurch an die Schleiffläche herangebracht oder von dieser abgeführt
werden kann.
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Das Einfüllen der abrasiven Partikel in die Hohlräume des schaumähnlichen
Schleifkörpers kann unter Druck erfolgen.
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Zweckmäßig ist es, vorher die abrasiven Partikel mit einem Bindematerial
zu vermischen, das nach dem Einfüllen aushärtet und diebrasiven Partikel in den
Hohlräumen des Schleifkörpers festhält. Als Bindemittel~können z.-B. Kunststoffharze,
speziell Epoxydharze, verwandt werden oder auch keramische Massen.
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Alternativ können die abrasiven Partikel in den Ilohlräumen des schaumähnlichen
Materials des Schleifkörpers auch dadurch befestigt werden, daß dieser insgesamt
einem Sinterprozeß ausgesetzt wird. Vor dem Sintern kann die Verteilung der abrasiven
Partikel
in dem Schleifkörper zweckmäßig durch Vibration des gefüllten Schleifkörpers erfolgen.
Natürlich muß bei diesen Verfahren das schaumähnliche Material den Temperaturen
beim Festsintern der abrasiven Partikel widerstehen.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Schleifkörper des Schleifwerkzeuges
besteht darin, daß die abrasiven Partikel in den Hohlräumen des schaumähnlichen
Materials durch ein metallisches Plattierungsverfahren befestigt werden. Zu diesem
Zweck werden vor dem Eingeben der abrasiven Partikel in die Hohlräume des Schleifkörpers
die Wände der Hohlräume mit einer metallischen Schicht überzogen. Der Plattierungsprozeß
kann dann in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden.
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Z.B. kann ein elektrolytischer Plattierungsprozeß oder ein Prozeß
unter Vakuumbedingungen benutzt werden. Auch ein stromloser Plattierungsprozeß ist
anwendbar, bei dem der Schleifkörper zusammen mit den eingefüllten abrasiven Partikeln
in eine Metallsalz-Lösung getaucht wird.
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Bestehen die abrasiven Partikel aus DiamantensMtuier,-ann werden
diese zweckmäßig vorher mit einer metallischen Schicht überzgen, bevor sie durch
ein metallisches Plattierungsverfahren mit dem schaumähnlichen Material verbunden
werden. Dagegen brauchen abrasive Partikel aus Wolframkarbid oder einem ähnlichen
Material vorher nicht zusätzlich plattiert zu werden.
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Ein anderes vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen des Schleifkörpers
der Schleifwerkzeuge besteht darin, die abrasiven Partikel in dem schaumähnlichen
Material durch ein metallisches Flammspritzverfahren festzuhalten. Zu diesem Zweck
werden vor Anwendung des Flammspritzverfahrens die abrasiven Partikel in die Hohlräume
des schaumähnlichen Materials eingegeben. ;udererseits
ist es auch
möglich, die abrasiven Partikel in das schaumähnliche Material zusammen mit der
Metallssritzung einzufüllen, die die Hohlräume in dem Schleifkörper durchdringt.
Z.B. kann das Flammspritzverfahren mit einem Flammspritzgerät durchgeführt werden,
das mit einem Thermo-Spray-Pulver arbeitet, dem vorher die abrasiven Partikel beigemengt
sind. Die abrasiven Partikel dürfen dabei natürlich in der Flamme nicht schmelzen.
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Bei jedem der vorgenannten Verfahren zum Herstellen der Schleifkörper
der Schleifwerkzeuge kann in vorteilhafter Weise eine Maske benutzt werden, vermittels
der die Zugabe der abrasiven Partikel auf bestimmte Regionen des Schleifkörpers
beschränkt werden. Die Maske wird anschließend wieder entfernt.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schleifwerkzeuge,
deren Herstellung und Benutzung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer und vergrößerter Darstellung den Schlfkörper eines Schleifwerkzeuges.
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Fig. 2-5 Querschnitte von Vorrichtungen zum Füllen der schaumähnlichen
Schleifkörper mit abrasiven PartikeLn.
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Fig. 6 ein Beispiel, wie der Schleifkörper beim Polieren oder Schleifen
eines Stabes gehalten und angewendet wird.
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Fig. 7 einen Querschnitt durch den Schleifkörper und seine Halterung
entlang der Linie Vil-Vil in Fig. 6.
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Fig. 8 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges.
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Fig. 9 eine Ansicht des Schleifwerkzeuges in Richtung des Pfeiles
IX in Fig. 8.
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Fig. 10 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung entlang der Linie X-X in Fig. 11.
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Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI in Figur 10.
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Fig. 12 eine Ansicht des in den Figuren 10 und 11 dargestellten Schleifkörpers
aus der Richtung des Pfeiles XII in Fig. l.
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Fig. 13 einen Querschnitt ähnlich dem gemäß Fig. 10 durch ein modifiziertes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuges.
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Das Werkzeug umfaßt im wesentlichen einen Schleifkörper, der aus einem
fasrigen oder netzartigen schaumähnlichen Material besteht. Dieses Material ist
mit einer Vielzahl von willkürlich verteilten Poren, Löchern oder Zwischenräumen
versehen, in denen Schleifkörner eingebettet sind. Ein brauchbares schaumähnliches
Material ist als sogenannter "Metallschaum" unter dem Handelsnamen RETIMET" bekannt
und in der britischen Patentschrift Nr. 1 199 404 näher beschrieben. Hergestellt
wird dieser Metallschaum indem die gesamten Wand- und Oberflächen der Poren und
Löcher eines Kunststoffschaums mit Metall überzogen werden, z. B. durch eine galvanische
Metallbeschichtung nachdem man den Kunststoffschaum elektrisch leitfähig gemacht
hat. Der Kunststoffschaum kann in der Metallhaut verbleiben oder er kann zerstört
und entfernt werden, so daß eine skelettartige Metallstruktur zurückbleibt. Die
Metallhaut zum Einbetten der Schleifkörner kann aus jedem geeigneten Metall bestehen
vorausgesetzt, daß die Schleifkörner mit dem Metall verbunden werden können wie
im nachfolgenden noch beschrieben werden wird. Z. B. können Nickel, Kupfer und Blei
verwandt werden. Das schaumartige Material muß zudem eine Härte besitzen, die geringer
ist als die der Schleifkörner und der des zu bearbeitenden Werkstückes.
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Die Schleifkörner können Diamanten sein oder jedes andere natürliche
oder synthetische Material das üblicherweise zum Schleifen benutzt wird, wie z.B.
Siliciumoxyd, Siliciumkarbid oder Siliciumnitrid. Auch Aluminiumoxyd oder Boriumnitrid,
harte Stahllegierungen, wie Nickelchromstähle, sind anwendbar. Die ausgewählten
Schleifkörner müssen eine Härte besitzen, die größer ist als die des schaumartigen
Materials und die des Werkstückes.
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Die Schleifkörner sind in den Poren und Löchern des schaumartigen
Schleifkörpers befestigt und zwar vermittels einer der nachfolgend beschriebenen
Verfahren. Durch die Schleifbewegung wird die Oberfläche
des Schleifkörpers
gegen die Oberfläche des Werkstückes gerieben, wobei 'an der Reibfläche Teile der
Schleifkörner und Teile des Werkstückes abgenommen und durch eine Flüssigkeit, z.B.
eine Kühlflüssigkeit, fortgewaschen werden. Die Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper
werden beim Entfernen der abrasiven Schleifkörner geöffnet. Das schaumartige Material
wird ebenfalls abgerieben und dadurch werden neue Poren und Öffnuncen aufgebrochen,
so daß ungenutzte frische Schleifkörner an der Reibfläche des Schleifkörpers aktiviert
werden. Auf diese Weise wird während des gesamten Schleifvorganges stets eine frische,
unverbrauchte Schicht abrasiver Schleifkörner an den Reibflächen dem Schleifvorgang
zugeführt.
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Das Füllen der Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper mit abrasiven
Körnern kann im wesentlichen vollständig erfolgen, d.h. die meisten der Öffnungen
und Poren enthalten abrasive Partikel. Alternativ kann auch die Füllung nur teilweise
vorgenommen werden, z.B. zu 70 %. Die Poren und Öffnungen, die abrasive Partikel
enthalten, sind über den gesamten Schleifkörper willkürlich verteilt, wobei die
nicht-belegten Poren und Öffnungen miteinander kommunizieren und so eine durchgehende
Verbindung von der Reibfläche zu einer entfernt liegenden Fläche des Schleifkörpers
bilden. Der Schleifkörper ist in oder an einem Befestigungshalter, Werkzeugfutter
o.ä. befestigt. Wird der Anwendungsfall bevorzugt, bei dem der Schleifkörper lediglich
teilweise mit abrasiven Partikeln oder Körnern gefüllt ist, dann kommuniziert eine
der von den Reibflächen entfernt liegenden Flächen, z.B. die Rückfläche des Schleifkörpers,
mit einer Öffnung in der Schleifkörperhalterung. Die Waschflüssigkeit wird durch
diese Öffnung in der Halterung zugeführt und durchdringt die nicht-belegten Poren
und Öffnungen, wodurch die Flüssigkeit durch den Schleifkörper hindurch an die Reibfläche
des Körpers
gelangt und von dort Schleifkörner, Schleifstaub etc.
von dem Schleifkörper und dem Werkstück fortspült. Alternativ kann auch die Waschflüssigkeit
direkt an der Reibfläche zugegeben werden und wird dann innerhalb einer die Reibfläche
umgebenden Dichtung aufgefangen und von dort durch die nicht-belegten Poren und
Öffnungen in dem Schleifkörper und durch die Öffnung in der Schleifkörperhalterung
entfernt. In dem Fall, in dem im wesentlichen alle Poren und Öffnungen des Schleifkörpers
mit abrasiven Partikeln gefüllt sind, kann dieser in einer Halterung, einem Werkzeugfutter
oder an einer rückwärtig gelegenen Platte Seite an Seite mit einem Schleifkörper
befestigt sein, dessen Poren und Öffnungen nicht mit Schleifkörnern gefüllt sind,
d.h. die Poren und Öffnungen sind nicht belegt und die Waschflüssigkeit kann über
die Öffnung in der Schleifkörper-Halterung durch die unbelegten Poren und Öffnungen
des einen Schleifkörpers an die Reibflächen beider Schleifkörper zugegeben werden.
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Fig. 1 zeigt perspektivisch und vergrößert einen Schleifkörper, der
mit abrasiven Partikelchen gefüllt ist. Der Schleifkörper 10 besteht aus einem fasrigen,
netzartigen Schaummaterial, in dem willkürlich verteilt miteinander kommunizierende
Poren und Öffnungen ll vorhanden sind. Einige dieser Poren sind in der gezeigten
Darstellung mit abrasiven Schleifkörnern 12 belegt, die mit den Wänden der Porung
oder Öffnung bei 13 fest verbunden sind.
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Im nachfolgenden sollen nun einige Verfahren zum Füllen des Schleifkörpers
mit abrasiven Partikelchen beschrieben werden, wobei auf die Figuren 2 - 5 Bezug
genommen wird.
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Fig. 2 zeigt schematisch das Füllen eines vorgefertigten Körpers aus
Metallschaum mit einer Mischung aus abrasiven Partikelchen, Harz und Festiger. Die
abrasiven Partikelchen werden auf diese Weise innerhalb der Poren und Öffnungen
des Metallschaumes durch das Harz befestigt. Eine Form 15, die geöffnet werden kann,
besitzt einen Hohlraum 16 von der Form und Größe entsprechend des vorgefertigten
Schleifkörpers 17.
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Durch den Einlaß 18 wird die Mischung in den Hohlraum eingegeben.
Über den Auslaß 19, der vermittels einer Konusschraube 20 regelbar ist, können Luft
und in einigen Fällen Wasser während des Füllvorganges entweichen. Der Einlaß 18
ist mit einem Druckraum 21 eines Druckzylinders verbunden, der über einen Stopfen
22 füllbar ist.
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Die Mischung aus abrasiven Körnern, dem Harz und dem Festiger sowie
ggf. Wasser da mitunter eine Emulsion leichter einzuspritzen ist, wird in den Druckraum
21 des Zylinders eingegeben. Der vorgefertigte Schleifkörper 17 aus Metallschaum
wird in den Hohlraum 16 eingelegt und der Druckraum 21 wird an die Form 15 angeschlossen.
Die Konusschraube wird dann'in geeigneter Weise einreguliert und der Kolben des
Druckraumes 21 schiebt die Mischung in die Öffnungen und Poren des Metallschaum-Körpers
ein.
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Die Form 15 wird dann geöffnet und der Schleifkörper 17 entnommen,
der dann an der Luft oder in einem Heizofen getrocknet wird, wodurch das Harz aushärtet.
Das Ausmaß der Füllung des Metallschaum-Körpers mit abrasiven Partikelchen kann
beeinflußt werden durch Veränderung der Volumenmenge der Gesamtmischung relativ
zu der Aufnahmekapazität des Metallschaumes, durch Veränderung der Volumenmenge
der abrasiven Partikelchen relativ zu der gemeinsamen Volumenmenge des Harzes und
des Festigers, durch Veränderung des Druckes oder der Zeitdauer des Druckes während
des Füllvorganges oder durch eine Kombination der vorgenannten Möglichkeiten.
Z.
B. kann bei einem vorgefertigten Schleifkörper aus Metallschaum, bei dem der Metallschaum
oder die Kunststoffwände und -stege, die mit Metallschaum überzogen sind, 10 ió
des Gesamtvolumens einnehmen, so daß 90 % luftgefüllte Öffnungen oder Poren gegeben
sind, 85 % des Gesamtvolumens durch eine Mischung gefüllt werden, die zu 70 % des
Gesamtvolumens aus abrasiven Partikelchen, 10 % des Gesamtvolumens aus Harz und
5 % des Gesamtvölumens aus einem Festiger besteht. Im Ergebnis erhält man dann einen
Schleifkörper, bei dem 5 % seines Gesamtvolumens durch nicht-belegte Poren und Öffnungen
gebildet sind.
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In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese nicht-belegten Öffnungen
und Poren willkürlich in dem Schleifkörper verteilt zu finden sind und unter der
Voraussetzung, daß insgesamt ausreichend nichtbelegte Poren und Öffnungen vorhanden
sind, kommunizieren diese miteinander, so daß ein willkürlich verteiltes Netz von
durchgehenden Kanälen oder Poren zwischen den Oberflächen eines Schleifkörpers vorhanden
sind.
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Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung ähnlich der gemäß Fig. 2.
Diese besteht aus einem kombinierten Druckraum und einer Form zum Füllen eines rohrförmigen,
vorgefertigten Schleifkörners aus Metallschaum. Der Schleifkörper kann kreisringförmig
oder rechteckig im Querschnitt sein. Ein Zylinder 25 bildet die Form und besitzt
zugleich entfernbare Endplatten 26 und 27. Innerhalb des Zylinders 25 ist ein Kolben
28 mit einem entsprechenden Querschnitt angeordnet. Ein innerer Kern 29 entspricht
der inneren Querschnittsform des vorgefertigten Schleifkörpers. Der vorgefertigte
Schleifkörper 30 wird in den ringförmigen Zwischenraum 31 zwischen der Zylinderwandung
25 und dem Kern 29 eingesetzt. Linie vorher wird ebenfalls über eine Konusschraube
32 das Entweichen von Luft oder Wasser durch den Auslaß 33 in der Endplatte 26 des
Zylinders 25 kontrolliert. Dieser Auslaß 33 kommuniziert über
einen
Kanal 34 mit dem Ringraum 31. Die Mischung aus abrasiven Partikelchen, Harz und
Festiger wird in den Zylinder nahe dem stirnseitigen Ende des Schleifkörpers 30
und des Kernes 29 eingegeben, wie dies bei 36 dargestellt ist. Der Kolben 28 und
die Endplatte 27 werden in die Position gebracht, in der sie dargestellt sind, und
es wird sodann über den Kolben 28 ein Druck auf die Mischung aufgebracht, so daß
diese in den Schleifkörper eindringt, wie dies in Verbindung mit der Darstellung
gemäß Fig. 2 beschrieben ist. Der fertige Schleifkörper wird dann zum Aushärten
des Harzes entfernt.
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Anstelle der Verwendung eines Harzes und eines Festigers können die
abrasiven Partikelchen auch mit einem keramischen Material vermischt sein, das nach
dem Einfüllen in die Form aushärtet und/oder gebrannt wird.
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Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung wird vorteilhaft benutzt zum
Füllen eines blockartigen Schleifkörpers im Gegensatz zu einem rohrförmigen Schleifkörper.
Dementsprechend kann im Vergleich zu Fig. 3 der Kern 29 entfallen. Statt dessen
ist eine Maske 35 vorgesehen, die innerhalb des Zylinders 25 zwischen dem Kolben
28 und dem Schleifkörper 30 angeordnet ist. Die Maske besitzt nach einem bestimmten
Muster Bohrungen, durch die ausschließlich die Mischung in den blockartigen Schleifkörper
eingefüllt wird. Auf diese Weise werden die Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper
direkt hinter den Bohrungen der Maske bevorzugt mit der Mischung gefüllt. In Abhängigkeit
von dem angewendeten Druck und der Zeitdauer des Druckes hat die eingefüllte mischung
die Tendenz, auch die Bohrungen und Öffnungen in dem Schleifkörper aufzufüllen,
die hinter den Teilen der Maske liegen, die nicht mit einer Bohrung versehen sind,
doch kann diese Tendenz genau kontrolliert und beeinflußt werden. Somit ermöglicht
die
Verwendung einer Maske das Füllen des Schleifkörpers in einem
kontrollierten Umfang, so daß in der gewünschten Weise nichtbelegte Poren und Öffnungen
zurückbleiben.
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Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel, bei dem der vorgefertigte Schleifkörper
mit abrasiven Partikelchen gefüllt wird, die mit dem Schleifkörper dann durch Sinterung
verbunden werden. Der vorgefertigte Schleifkörper 40 aus Metallschaum wird in einen
Hohlraum 41 eines Schlaggesenkes 42 eingelegt. Der Boden des Hohlraumes ist durch
einen feststehenden Schlagkolben 43 verschlossen. Die abrasiven Schleifkörner, die
mit einem Puder vermischt sind, das mit den abrasiven Partikelchen und dem Metallschaum
durch Sinterung verbunden werden kann, wird in den Hohlraum 41 von oben auf den
Schleifkörper 40 aufgeschüttet, wie dies bei 46 dargestellt ist. Sodann wird der
obere Schlagkolben 44 in das Gesenk 42 eingeführt. Das Gesenk wird z.B. vermittels
eines elektromagnetischen Vibrators 45 geschüttelt, wodurch die vorgenannte Mischung
in die Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper eindringt. Auf den Schleifkörper
wird dann in dem Gesenk ein Druck ausgeübt, um die Mischung in dem Körper zu komprimieren.
Der gefüllte Schleifkörper wird wiederum entfernt und in einen Sinterofen eingelegt,
in dem die abrasiven Partikelchen und der Metallschaum vermittels des Metallpuders
zusammensintern.
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Wie bereits erwähnt, können auch andere Verfahren zum Füllen und Festhalten
abrasiver Teilchen in dem Schlcifkörper aus schaumähnlichen Material zur Anwendung
kommen. Z.B. kann das schaumähnliche Material plattiert werden, wenn es nicht vorher
bereits mit einem geeigneten Metall überzogen worden ist. Die abrasiven Partikelchen
können in den metallischen Überzug des schaumähnlichen Materials mit einplattiert
werden z.B. durch ein elektrolytisches Plattierungsverfahren, ein stromloses oder
ein
Plattierungsverfahren unter Vakuumbedingungen. Ebenso kann
eine Maske benutzt werden, die die Plattierung auf bestimmte Regionen des Schleifkörpers
beschränkt.
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Alternativ kann das abrasive Material auch als Mischung mit einem
Metallpuder zugeführt werden, wie dies in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben worden
ist, und dann anschließend die Sinterung durch Flammenspritzung vorgenommen werden
oder es kann eine Mischung aus abrasiven Partikelchen und Metallpuder vermittels
einem Flammspritzgerät wie bei einem Flartmspritzprozeß eingegeben werden. Ebenfalls
kann eine Maske benutzt werden um die Flammspritzung auf bestimmte Gebiete des Schleifkörpers
zu beschränken.
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Der getränkte bzw. gefüllte Schleifkörper kann in jeder beliebigen
Formgebung ausgeführt sein, die im wesentlichen von dem auszuführenden Schleifvorgang
abhängt. Z.B. kann ein Schleifblock mit einer konkaven Oberfläche zum Polieren des
Zylindermantels einer Welle vorgesehen sein oder es wird ein flacher Schleifblock
zum Polieren einer ebenen Fläche benutzt. Ebenso verwendbar sind kreisringförmige,
radförmige oder andere abgerundete Werkzeuge zum Polieren der inneren Oberfläche
eines Werkstückes. In den Figuren 6 und 7 ist beispielsweise ein Schleifkörper 50
dargestellt, der eine konkave Reibfläche zum Polieren der zylindrischen Oberfläche
eines Stabes 51 besitzt.
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Das Schleifen bzw. Polieren kann dabei durch eine relative Rotation
oder transversale Bewegung erfolgen. Auch eine relative Vibration oder ein Vorschub
in Längsrichtung zwischen dem Schleifkörper und dem Stab sind möglich, wobei in
aller Regel der Schleifdruck über den Schleifkörper aufgebracht wird.
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Der Schleifkörper ist in einer Halterung befestigt, z.B. durch einen
festen Verbund mit dieser, oder der Schleifkörper kann in einem Futter eingespannt
sein. Eine brauchbare Halterung 52 zeigen die Figuren 6 und 7. Die Halterung 52
besitzt eine Öffnung 53, die mit einem Leitungskanal 54 in Verbindung steht, durch
den ein flüssiges Schleifmittel oder Kühlmittel zugeführt wird, z.B.
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Wasser oder eine andere brauchbare Flüssigkeit. Die Flüssigkeit fließt
durch die Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper, die nicht mit den abrasiven
Körnern dichtgesetzt sind. Da diese Poren und Öffnungen, wie bereits beschrieben,
miteinander kommunizieren, kann die Flüssigkeit durch den Schleifkörper hindurch
an die Reibfläche 55 gelangen. Die Flüssigkeit spült lose Partikelchen der abrasiven
Körnung, des Schaummetalls und des Werkstückes während des Schleifvorganges fort.
Es kommen so ständig frische, noch nicht benutzte Schleifkörner zum Einsatz an der
Reib- bzw. Schleiffläche 55 des Schleifkörpers.
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Im folgenden sollen nun drei praktische Ausführungsformen von Halterungen
bzw. Befestigungen von Schleifkörpern beschrieben werden, die besonders zum Bearbeiten
zylindrischer Stab- oder Walzenoberflächen geeignet sind. Die Beschreibung erfolgt
anhand der Figuren 8 und 9, den Figuren 10 - 12 und der Figur 13.
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Zunächst wird Bezug genommen auf die Figuren 8 und 9. Der Schleifkörper
besteht aus einer Anzahl alternierend gegeneinander gesetzten Elementen 60 und 61,
die mit ihren Seiten aneinanderliegend zusammengeklemmt sind. Die Elemente 16 bestehen
aus einem Schaummetall, das im wesentlichen vollständig mit abrasiven Partikeln
getränkt ist, d.h. es sind soviel wie möglich der vorhandenen Poren und Öffnungen
des Schleifkörpers mit einer abrasiven Schleifkörnung gefüllt. Demgegenüber sind
die Elemente 61 aus nicht-gefülltem Metall schaum gefertigt. Die Elemente 60 und
61 sind zusammenaeklammert
und bilden zusammen einen rautenförmigen
Einsatz zwischen den Metallplatten 62, die vermittels Schrauben gegen die Elemente
fest verspannt sind. Der Einsatz ist in einer zusätzlichen Sockelplatte 65 innerhalb
der kompakten Halterung 63 durch eine Abschlußplatte 64 gehalten. Der Boden der
Sockelplatte 65 ist über einen Kanal 66 mit einer Öffnung 67 verbunden, in die eine
Zuführleitung für das Kühlmittel oder eine sonstige Flüssigkeit eingesetzt wird.
Die Schleifflächen 68 der Elemente 60 und 61 sind so geformt, daß sie der Oberfläche
des zu bearbeitenden Stabes 69 entsprechen. Die Gesamthalterung ist in der Darstellung
gemäß Fig. 8 an einem Support 59 befestigt. Dieses Werkzeug kommt bei rotierendem
Stab 69 zum Einsatz, wobei auf den Support 59 eine Kraft einwirkt, um den Schleifkörper
in ständigem Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Stabes 69 zu halten.
Der Support 59 kann natürlich ebenfalls parallel zu der Achse des Stabes 69 bewegt
werden, wodurch eine hin- und hergehende Schleifbewegung in Längsrichtung des Stabes
69 erzeugt wird. Während des Schleifvorganges wird über die Halterung 63 z.B. eine
Kühlflüssigkeit zugeführt. Diese gelangt über die Poren und Öffnungen in den Elementen
61 an die Reib- bzw. Schleifflächen 68 und wird von dort über die gesamte Schleiffläche
des Einsatzes verteilt und tritt dann an dem äußeren Umfang des Schleifeinsatzes
zwischen diesem und der Oberfläche des Stabes 69 aus. Auf diese Weise werden vermittels
der Flüssigkeit abgetragene Teile des Schleifmittels, des Schaummetalls und des
Werkstückes fortgespült, so daß stets während des Schleifvorganges frische, nicht
abgearbeitete Schleifkörner an den Schleifflächen 68 der Elemente 60 vorhanden sind.
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In den Figuren 10 - 12 ist ein Schleifkörper 70 aus mit abrasiven
Partikeln gefülltem Schaummetall dargestellt, wie dies vorher beschrieben worden
ist. Dieser Schleifkörper 70 ist an einer gewölbten
rückwärtigen
Platte 71 befestigt, die mit einem Zapfen 72 mit einer inneren Bohrung 73 versehen
ist. Die Bohrung 73 ist an ein Zuführungsrohr 74 für die Kühl flüssigkeit angeschlossen.
Der Zapfen 72 ist in einem Block 75 gelagert, an dem ein Plattenpaar 76 vermittels
Splinte 77 schwenkbar befestigt ist. Die Enden dieses Plattenpaares 76, die von
den Schwenk-Splinten 77 entfernt sind, tragen wiederum Splinte 78, die zum Befestigen
der rückwärtigen Platte 71 des Schleifkörpers dienen. Die Kühlflüssigkeit, die über
die Leitung 74 zugeführt wird, gelangt über die Öffnung 79 in den Schleifkörper
und dringt von dort durch die nicht-belegten Poren und Öffnungen und zwischen Schleifkörper
und Werkstück oberfläche durch, so daß abgearbeitete und abgeriebene Partikelchen
von der Schleiffläche entfernt werden. So ist wieder ständig eine frische, noch
nicht abgenutzte Schleifkörnung an der Reib- bzw. Schleiffläche vorhanden. Die abrasiven
Partikelchen können bei dieser Vorrichtung über die gesamte Schleiffläche des Schleifkörpers
verteilt angeordnet sein, vorausgesetzt, daß genügend nicht-belegte Poren und Öffnungen
zum Abführen der Kühlflüssigkeit o.ä. von der Reib- bzw. Schleiffläche verbleiben
oder es können auch lediglich gewisse Regionen des Schleifkörpers mit einer abrasiven
Schleifkörnung besetzt sein, wie das in Fig. 12 durch die Flächen 80 der Reib-bzw.
Schleiffläche dargestellt ist. Diese diskreten Regionen der Schleiffläche, die mit
abrasiven Partikeln besetzt sind, können ebenfalls wieder durch eine Maske erzeugt
werden, wie bereits beschrieben worden ist.
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Abschließend ist in Fig. 13 eine Ausführungsform dargestellt, die
in etwa der Vorrichtung gemäß den Figuren 10 - 12 gleicht, in der jedoch der Schleifkörper
70 und die rückwärtige Platte 71
von einer Dichtung umgeben sind,
die im wesentlichen aus einem verformbaren Rohr 81 besteht, das um den äußeren Umfang
des Schleifkörpers 70 herumgelegt ist und durch eine flexible, an dem Plattenpaar
76 befestigte Seitenleiste 82 gehalten ist.
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Eine Kühlmittelsaugleitung 83 erstreckt sich von dem Raum innerhalb
der vorgenannten Dichtung zu einem Kühlmittelauslaß, der in dem Block 75 angeordnet
ist und zu einer nicht dargestellten Saugpumpe führt. Somit wird das Kühlmittel,
zusammen mit den an der Schleiffläche aufgenommenen Schleifpartikelchen von der
Saugpumpe abgeführt. Die Feststoffpartikelchen können dann aus der Kühlflüssigkeit
ausgefiltert werden, so daß diese rezirkulieren kann.
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Bei einer Modifikation der Ausführungsform gemäß Fig. 13 kann anstelle
der Saugleitung 83 auch vorgesehen sein, daß bestimmte Regionen des Schleifkörpers
mit nicht-belegten Poren und Öffzungen versehen und von den verbleibenden Regionen
des Schleifkörpers getrennt sind, so daß das Kühlmittel durch diese genannten Regionen
abgesogen wird. In einer weiteren Modifikation kann vorgesehen sein, daß das Kühlmittel
direkt durch die Leitung 83 zugeführt wird, von dort durch offene Poren und Öffnungen
an die Schleiffläche gelangt und sodann durch nichtbelegte Poren und Öffnungen in
dem Schleifkörper zu der Öffnung 79 abgesaugt wird, von wo es durch den Zapfen 72
und die Leitung 74 entfernt wird.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
ist somit an der Reib- bzw. Schleiffläche stets eine neue unverbrauchte Schleifkörnung
vorhanden und das vom Werkzeug und Werkstück abgetragene Material wird kontinuierlich
durch eine über die nicht-belegten Poren und Öffnungen in dem Schleifkörper zu-
oder abgeführte Flüssigkeit ausgewaschen. Damit ist ein Zusetzen
und
Verstopfen des Werkzeuges kaum möglich, so daß die effektive Lebensdauer des Werkzeuges
und das Finish des Werkstückes stark verbessert werden. Weiterhin wird die Flüssigkeit
in der erwähnten Weise ausreichend über die gesamte Reib-bzw. Schleiffläche des
Schleifkörpers verteilt, so daß die Schleifgeschwindigkeit und auch der Schleifdruck
im Vergleich zu den bisher bekannten Schleifvorrichtungen erhöht werden kann.
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Auch diese Faktoren bedingen ein verbessertes Finish des Werkstückes.
Durch geeignete Auswahl unterschiedlicher Werkzeuge und durch Auswahl unterschiedlicher
Schleifkörper mit verschiedener großer und harter Schleifkörnung kann jede gewünschte
Oberfläche eines Werkstückes schnell und in hervorragender Qualität bearbeitet werden.