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Schleifkörper
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Die Erfindung betrifft Schleifkörper, insbesondere neue Schleifwerkzeuge,
wie Schleifscheiben,mit einem durch Harz gebundenen, Schleifmittelteilohen enthaltenden
Organ, das an einem Trägerorgan befestigt ist.
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Die Erfindung ist auf Schleifkörper, wie Umfangsschleifscheiben (z.B.
Typen 1V1, 1K1, 1B1, lAl und 12A1), konische Topfscheiben (wie Type 11V9) und Flachtopfscheiben
(wie Typen 11A2, 12A2 und 6A9) anwendbar. Die oben angegebenen Schleifscheibenbezeichnungen
entsprechen dem "USA Standard Identification Code" für Diamantschleifscheibenformen,
der am 2. September 1966 von dem United States of America Standard Institute bestätigt
worden ist. Zwecks klarer Darstellung und Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird
die Erfindung nachstehend an Hand einer konischen Topfschleifscheibe der Type 11V9
beschrieben.
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Schleifkörper, wie Schleifscheiben, bei denen ein aus harzgebundenen
Schleifmittelteilchen bestehendes Schleiforgan an einem Trägerorgan befestigt ist,
sind bekannt. So beschreibt z.B, die US-PS 3 389 117 eine topfförmige Schleifscheibe,
die aus einem ringförmigen Schleifrand aus durch Harz gebundenen Diamanten besteht,
die auf den äussersten Umfangsrand eines topfförmigen Trägerorgans aus Phenol-Formaldehydharz
und Aluminiumpulver aufgekittet ist. Wie in der Patentschrift angegeben ist, muss
man bei der Verwendung der topfförmigen Schleifscheibe etwas von dem an den ringförmigen
Schleifrand angrenzenden Trägermaterial entfernen, um das erforderliche Schleifspiel
für den Schleifrand zu erhalten. Dieser Vorgang wird als "Abrichten der Schleifscheibe"
bezeichnet. Wie ferner in der genannten Patentschrift ausgeführt wird, ist das Abrichten
der Schleifscheibe eine schwierige Arbeit, besonders wenn das Trägerorgan aus einem
Gemisch aus Aluminiumpulver und Phenol-Formaldehydharz besteht (in erster Linie,
weil das Aluminium des Trägerorgans bei der Berührung mit dem Abrichtwerkzeug die
Oberfläche des Trägerorgans verschmiert). Nach den Angaben der US-PS 3 389 117 soll
dieser Mangel behoben werden, indem man zu dem Trägerorgan ein bestimmtes Legierungselement
zusetzt, um das Trägerorgan leicht abrichtbar zu machen. Im Gegensatz dazu besteht
die Hauptaufgabe der Erfindung darin, einen Schleifkörper, wie eine topfförmige
Schleifscheibe, zur Verfügung zu stellen, bei der dieses Abrichten nicht erforderlich
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Schleifkörper mit einem eine ringförmige
Trägerfläche aufweisenden Trägerorgan und einem an der ringförmigen Trägerfläche
des Trägerorgans befestigten ringförmigen Schleiforgan, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass das ringförmige Schleiforgan ein ringförmiges, harzgebundenes Schleifmittel
und ein an einer Oberfläche des ringförmigen Schleifmitteis und an der ringförmigen
Trägerfläche des Trägerorgans befestigtes ringförmiges Stützorgan aus einem
dem
Abrieb unterliegenden porösen Harz aufweist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug
genommen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Topfscheibe gemäss der
Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Schleifscheibe gemäss Fig. 1.
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Die Schleifscheibe 10 weist ein Trägerorgan 11 von topfförmiger Gestalt
und U-förmigem Querschnitt auf, wobei der flache Teil 12 die Basis des U und der
nach aussen verlaufende Teil 13 die Schenkel des U bilden. Der Teil 13 des Trägerorgans
11 endet in einer horizontalen Ebene, die eine ringförmige Trägerfläche 14 bildet.
Das Trägerorgan 11 kann aus jedem beliebigen Werkstoff, wie z.B, Aluminium, gefertigt
sein. Das Trägerorgan 11 ist gewöhnlich mit einer Öffnung 18 in der Mitte des Teils
12 versehen, mit deren Hilfe die fertige Schleifscheibe an einem Träger, wie einer
drehbaren Welle, befestigt werden kann.
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Auf die ringförmige Trägerfläche 14 des Trägerorgans 11 ist ein ringförmiges
Schleiforgan 15 mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs, wie eines Epoxyklebstoffs,
zoBo Folienklebstoff "HT424" der American CyanamidCompany, aufgekittet. Das ringförmige
Schleiforgan 15 besteht aus einem ringförmigen, harzgebundenen Schleifmittel 16
und einem ringförmigen Stützorgan 17. Das ringförmige, harzgebundene Schleifmittel
16 besteht vorzugsweise aus Diamantkörnern, die durch ein Polyimidharz gebunden
sind. Das ringförmige Stützorgan 17 besteht aus verschäumtem Epoxyharz oder vorzugsweise
aus porösem Polyimidharz.
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Ein besonderes Merkmal der Schleifscheibe gemäss der Erfindung liegt
in dem ringförmigen Stützorgan 17, das zerbrechbar oder zerreibbar ist und daher
dem Verschleiss oder Abrieb unterliegt, wenn das Schleifmittel 16 bei der Verwendung
verbraucht wird, wodurch die Notwendigkeit des Abrichtens entfällt. Vorzugsweise
besteht das Stützorgan 17 aus porösem Polyimid. Das Stützorgan 17 aus porösem Polyimid
kann nach einer Niederdruck-Heissverformungs- und Sintermethode oder nach einer
Direktverformungs- und Freisintermethode hergestellt werden.
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Gemäss der Niederdruck-Heissverformungsmethode wird das Polyimidharz
bei einem niedrigeren als dem normalen Druck, z.B, bei 210 bis 350 kg/cm2, verdichtet
und dann bei Temperaturen über 3000 C gesintert, wobei der oben genannte Druck innegehalten
wird und ein Formkörper aus Polyimid mit einer Dichte von weniger als 92 % der normalen
Dichte des vollständig gesinterten Polyimidharzes entsteht. Die Niederdruck-Heissverformungsmethode
ist auf Seite 43 des "Product Licensing Index, November 1970, beschrieben. Gemäss
der Direktverformungs- und Freisintermethode (nachstehend mit DFS bezeichnet) wird
eine Masse aus einem sinterbaren Polyimidpulver und einem festen, teilchenförmigen
Polymeren des Formaldehyds bei vorzugsweise etwa Raumtemperatur (250 C) der Einwirkung
einer Kompressionskraft von mindestens etwa 700 kg/cm2, vorzugsweise 7000 kg/cm2,
unterworfen, wobei ein Vorformling entsteht, der dann erhitzt wird, um einen porösen
Formkörper aus Polyimid mit untereinander zusammenhängenden Poren zu erhalten. Durch
das Erhitzen wird sowohl das Polyimidpulver im Vorformling gesintert als auch das
feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds thermisch abgebaut oder depolymerisiert,
so dass es als Gas entweicht und Hohlräume in dem Vorformlung hinterlässt, wodurch
ein poröser Formkörper aus Polyimid mit untereinander zusammenhängenden Poren entsteht.
Auf diese Weise wirkt das feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds in der
Masse als flüchtiger oder zeitweiliger Füllstoff, der sich beim anfänglichen Erhitzen
verflüchtigt.
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Das Erhitzungsverfahren der DFS-Methode kann vorzugsweise stufenweise
durchgeführt werden, indem man die Erhitzungsgeschwindigkeit des Vorformlings in
einer oder mehreren Erhitzungsstuien variiert. Vorzugsweise erhitzt man den Vorformling
mit im wesentlichen gleichmässiger Geschwindigkeit von Raumtemperatur auf etwa 800
C, indem man die Temperatur des Vorformlings in Zeitabständen von 30 Minuten um
jeweils 5° C erhöht, und fährt dann mit dem Erhitzen des Vorformlings auf etwa 1500
C durch allmähliches Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 70 C/h fort, worauf
man den Vorformling weiter mit einer höheren Geschwindigkeit, z.B. 1 1/20 C/min,
auf eine Temperatur über etwa 3000 C, vorzugsweise über etwa 400 c, erhitzt und
ihn sodann für eine geeignete Zeitdauer, zoBo 3 Stunden, auf dieser Temperatur hält.
Durch dieses Erhitzungsverfahren wird das unerwünschte Springen des Vorformlings
verhindert0 Das feste, teilchenförmige Polymere des Formaldehyds zersetzt sich bereits
im anfänglichen Stadium des Erhitzungsverfahrens durch Depolymerisation zu gasförmigem
Formaldehyd, und das Entweichen des gasförmigen Formaldehyds ohne Verbleiben von
gasförmigem Formaldehyd in dem Vorformling ist erwünscht, da sonst gasförmiger Formaldehyd
in dem Vorformling eingeschlossen bleibt und beim anschliessenden Erhitzen einen
so hohen Druck entwickeln kann, dass der Vorformling springt. Deshalb soll die Konzentration
des festen, teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds in der Masse oder dem Vorformling
ausreichen, damit sich in dem Vorformling zusammenhängende Poren bilden, durch die
der gasförmige Formaldehyd entweichen kann0 Die Konzentration des festen teilchenförmigen
Polymeren des Formaldehyds in der Masse oder dem Vorformling soll mindestens etwa
5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse bzwo des Vorformlings,
betragen. Dann wird der Vorformling vorzugsweise auf eine Temperatur über etwa 3000
C erhitzt, um die Polyimidteilchen zu sintern und einen porösen Formkörper aus Polyimid
zu erhalten.
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Ein charakteristisches Merkmal der soeben beschriebenen DFS-Methode
liegt darin, dass das feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds sauber zu
gasförmigem Formaldehyd pyrolysiert, der aus dem Vorformling entweicht, ohne darin
einen Formaldehydrückstand zu hinterlassen, und ohne eine Dichteänderung der Polyimidphase
des gleichzeitig zu einem porösen Polyimidformkörper sinternden Vorformlings hervorzurufen.
Daher entspricht die Porenstruktur des Polyimidformkörpers genau der Teilchengrösse
und Verteilung des festen teilchenförmigen Polymeren des Formaldehyds in dem ursprünglichen
Vorformling. Die Porengrösse in dem porösen Formkörper aus Polyimid kann nach Wunsch
gesteuert werden, indem man feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds mit
unterschiedlichen und/oder bestimmten Teilchengrössen verwendet. Um z.B. poröse
Polyimidformkörper zu erhalten, kann man teilchenförmige Polymere des Formaldehyds
von gleichmässiger Teilchengrösse oder derartige Polymere von unterschiedlichen
Teilchengrössen verwenden. Paraformaldehyd in Form des im Handel erhältlichen Pulvers
besteht aus festen harten Teilchen mit einem Teilchengrössenbereich, der einer typischen
mittleren Teilchengrösse von etwa 20 lu, bestimmt mit dem Mikromerographen, entspricht.
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Diese analytische Methode ist ein Sedimentationsverfahren unter Verwendung
eines Gases als Sedimentationsmedium. Die Teilchen setzen sich in dem Sedimentationsrohr
auf eine Waagschale ab, und es wird ein Diagramm angefertigt, das das Gewicht in
Abhängigkeit von der Zeit zeigt Bei richtiger Eichung erhält man eine zusammenhängende
Teilchengrössenverteilungskurve für Teilchen mit Grössen von 1 bis 250 ; vgl T.
Allan: 'tParticle Size Measurement", Verlag Chapman and Hall, Ltd., London 1968,
Seite 99.
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Paraformaldehydteilchen sind hart und unporös. Daher haben die in
porösen Polyimidformkörpern hinterbleibenden Poren die Grösse und Verteilung der
ursprtnglichen Paraformaldehydteilchen in den Vorformlingen. Die Grösse und Verteilung
der Poren
sowie das Porenvolumen lassen sich daher nach Wunsch steuern.
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Wenn grössere oder kleinere Poren verlangt werden, kann man das Paraformaldehydpulver
so aussieben, dass man eine Fraktion mit grösseren oder kleineren Teilchen erhält.
Man kann auch kleinere Teilchen durch Sichten in einem gasförmigen Medium entfernen.
Wenn grössere Teilchen erwünscht sind, kann man sie aus dem Paraformaldehydpulver
erhalten, indem man Paraformaldehydfiocken vermahlt und das Mahlgut auf die gewünschte
Teilchengrösse aussiebt. Das Porenvolumen wird einfach durch die Menge des Paraformaldehyds
gesteuert, der in der Ausgangsmasse enthalten ist.
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Geeignete feste teilchenförmige Polymere des Formaldehyds sind z0B.
Paraform und höhere Polymere des Formaldehyds, die im allgemeinen als Polyacetale
bezeichnet werden und sich durch lineare Polymerisatketten mit wiederkehrenden -(CH2O)-Einheiten
kennzeichnen. Das bevorzugte Polymere des Formaldehyds in der Masse ist Polyoxymethylen,
welches nicht durch Schützen der linearen Polymerisatkette durch stabilisierende
Endgruppen gegen thermischen Abbau stabilisiert worden ist.
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Das bevorzugte Polymere des Formaldehyds ist daher Paraformaldehyd,
ein lineares Polymeres von niedrigerem Molekulargewicht, das im Handel als feines
Pulver erhältlich ist. Polymere des Formaldehyds sind im einzelnen in der US-PS
2 768 994 beschrieben und werden von der E,I. du Pont de Nemours and Company, Inc.,
unter dem Warenzeichen "Delrin" in den Handel gebracht. "Delrin"-Polymere sind gewöhnlich
gegen thermischen Abbau stabilisiert; diese Polymeren können jedoch verwendet werden.
Ein weiteres geeignetes Polymeres des Formaldehyds ist z0B. Trioxan. Der Anteil
des Polymeren des Formaldehyds an der Masse beträgt bis etwa 50 Gewichtsprozent.
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Die Polyimidmasse des ringförmigen Schleifmittels 16 und des ringförmigen
Stützorgans 17 enthält ein sinterbares Polyimid, das sich durch die wiederkehrende
Einheit
kennzeichnet, in der R einen vierwertigen aromatischen Rest bedeutet, der mindestens
einen Ring aus 6 Kohlenstoffatomen mit aromatischen Bindungen aufweist, wobei die
vier Carbonylgruppen der wiederkehrenden Einheit paarweise an gesonderte Kohlenstoffatome
gebunden sind und die Carbonylgruppen eines jeden Paares an benachbarte Kohlenstoffatome
in dem Rest R gebunden sind, während R' einen zweiwertigen aromatischen Rest bedeutet.
Für die Methode gemäss der Erfindung geeignete Polyimide sind zOBo diejenigen auf
der Basis von Pyromellithsäuredianhydrid und 4,4'-Oxydianilin oder auf der Basis
von 3,3t 4,4' -Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und 4,4' -Oxydianilin oder
m-Phenylendiamin. Geeignete Polyimide und Pulver sind im einzelnen in den US-PSen
3 179 631 und 3 249 588 beschrieben. Diese Polyimide werden einzeln oder im Gemisch
miteinander verwendet. Der Anteil des Polyimidpulvers an der Formmasse beträgt mindestens
50 Gewichtsprozent, wenn die Masse aus einem keine Füllstoffe enthaltenden Polyimid
und einem Polymeren des Formaldehyds besteht.
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Geeignete Füllstoffe, wie z,B. Siliciumcarbid, Graphit usw., können
dem Polyimidharz zugesetzt werden, um eine Masse aus einem füllstoffhaltigen Polyimid
und einem Polymeren des Formaldehyds zu erhalten.
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In dem folgenden Beispiel beziehen sich Teile und Prozentwerte, falls
nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.
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Beispiel Ein nicht durch Endgruppen geschützter körniger Polyformaldehyd
wird in einer Mühle gepulvert und auf Teilchengrössen von 124 bis 246 P ausgesiebt.
Ein Gemisch aus 74,7 g dieses Polyformaldehyds und 86,2 g Poly-N,N'-(4,4'-oxydiphenylen)-pyromellithsäureimid,
das 40 Gewichtsprozent Graphit enthält, wird durch Trockenmischen auf Walzen hergestellt.
Die Menge des Polyformaldehyds in dem Gemisch beträgt 50 Volumprozent.
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Ein Vorformling in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 10
cm und einer Dicke von 12,7 mm wird durch Verdichten des Gemisches aus Polyformaldehyd
und Polyimid unter einem Druck von 350 kg/cm2 hergestellt und dann unter Stickstoff
dem folgenden Wärmebehandlungsverfahren unterworfen: a) schnelles Erhitzen auf 150°
C; b) langsames Erhitzen auf 175° C mit einer Geschwindigkeit von 5° C/h; c) 16
Stunden langes isothermes Erhitzen auf 175O C; d) schnelles Erhitzen auf 2000 C;
e) 30 Minuten langes isothermes Erhitzen auf 2000 C; f) Kühlen auf Raumtemperatur;
g) Erhitzen auf 4000 C mit einer Geschwindigkeit von 1 1/20 C/min; h) 3-stündiges
isothermes Erhitzen auf 400° C; i) Kühlen auf Raumtemperatur.
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Die Scheibe wird spanabhebend zu einem Stützeinsatz (Stützorgan) für
eine konische Topfschleifscheibe (Type 11V9) von 9,525 cm der in Fig. 1 und 2 dargestellten
Bauart verformt.
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Die Schleifscheibe wird zusammengesetzt, indem man zwischen das poröse
Stützorgan 17 aus Polyimid und einen durch Polyimid gebundenen Diamantschleifrand
16 einen Folienklebstoff (HT 424" der American Cyanamid Company) einbringt und die
0 Teile 40 bis 60 Minuten bei 177 C unter einem Druck von
5,6 kg/cm2
zusammenpresst. Das so erhaltene ringförmige Schleiforgan 15 wird an dem Trägerorgan
11 aus Aluminium befestigt, indem man den Folienklebstoff ("HT424") zwischen die
ringförmige Stützfläche 14 und das ringförmige Schleiforgan 15 einbringt und diese
beiden Teile 40 bis 60 Minuten bei 1770 C unter einem Druck von 5,6 kg/cm2 zusammenpresst,
Die konische Topfschleifscheibe wird verwendet, um Wolframcarbidblöcke abzuschleifen,
und bei der Verwendung wird das poröse Polyimid-Stützorgan in dem Ausmaß abgerieben,
wie der Diamantschleifrand verbraucht wird, ohne dass die Schleifarbeit durch spanabhebendes
Bearbeiten oder Abrichten des Stützorgans unterbrochen zu werden braucht.
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L e e r s e i t e