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Schleifmittel zur Herstellung von Holzschliff
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schleifmittel für die
Verwendung in der Herstellung von Holzschliff oder für das Zerfasern. Das Material
für das Schleifmittel umfasst Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Siliziumkarbid oder
ähnliche Fragmente, und einen Binder, der dieses Material zusammenhält.
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Der Ausdruck Schleifmittel umfasst in dieser Anwendung einen homogenen
Schleifstein, eine Schleifmittel-Schicht, befestigt auf dem Schleifstein-Block,
und Schleifmittel-Segmente.
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Derzeit besteht ein Schleifstein generell aus einem Beton- oder Metallkörper,
der eine separate Schleifmittel-Schicht oder Segmente darauf befestigt aufweist.
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Der konstruktive Aufbau der Segmente ist an sich bekannt, und ist
auch zum Beispiel in der US-PS 2,887,276 und 2,421,885 offenbart.
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Hinsichtlich der Holzschliff-Güte ist der kritischste Teil des Schleifsteins
das Schleifmittel, da es den während des Schleifens auftretenden mechanischen und
thermischen Beanspruchungen unter Einhaltung der geforderten Güte standhalten muss.
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Der derzeit für das Schleifmittel zur Verfügung stehende Binder ist
fast ausschließlich Keramik, d.h., die Schleifmittel-Fragmente in Form des üblichen
Al203 oder SiC werden mit einem Keramik-Binder, generell Glas, miteinander verbunden.
Eine solche Lösung ist zum Beispiel in der US-PS 2,769,286 offenbart.
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Die Brüchigkeit oder Sprödigkeit des Keramikmaterials fördert zudem
noch den Verschleiß desselben, was zu einer Verminderung der Festigkeits-Eigenschaften
der Pulpe führt. Aus diesem Grund müssen die mit einem Keramikbinder hergestellten
Schleifmittel öfters nachgearbeitet werden, was dann aber auch wieder sehr schnell
zu einer Abnutzung der Schleifmittel führt. Beim Nacharbeiten werden in die Fläche
des Keramikbinders mit einem Spezialwerkzeug maschinell Nuten eingearbeitet, die
normalerweise in einem Winkel von 280 zur Drehachse des Schleifsteins verlaufen.
Die Nuten sind in einem Abstand von 2 - 3 mm und in einer Tiefe von zirka 1 mm ausgeführt.
Dieses Nacharbeiten dient dem Zweck, den vom Holz abgetragenen Fasern Raum zu schaffen,
die Schleif zone zu verlassen, ohne erneut geschliffen zu werden. Außerdem wird
dieses Bearbeiten dazu benutzt, die Schleiffläche des Schleifmittels relativ zum
Schleifdruck und der zu produzierenden Qualität der Pulpe richtig zu proportionieren.
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Ein anderer bezeichnender Nachteil ist das Abspalten oder Absplittern,
insbesondere bei den derzeit eingesetzten Keramik-Schleifsegmenten, was wiederum
auf die Sprödigkeit oder Brüchigkeit derselben zurückzuführen ist.
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Noch ausgeprägter ist dieses Problem mit den derzeit verwendeten Hochleistungs-Holzschleifern.
Das Abspalten eines Segments tritt dann auf, wenn es plötzlich intensiven Temperatur-Veränderungen
(Wärmestößen) ausgesetzt wird.
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Eine solche Situation ergibt sich zum Beispiel, wenn ein zu schleifender
Holzblock mit einem Ende gegen die Schleiffläche anläuft. Da die Enden gegenüber
dem kreuzweisen Schleifen bedeutend langsamer geschliffen werden, entwickelt sich
ein extrem hoher Druck, wodurch an der Stelle die Temperatur sehr hoch ansteigt,
was dann das Segment letztlich beschädigen kann.
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Derlei Beschädigungen führen oft zum Ausfall zumindest
einer
Tagesproduktion beim Holzschleifer. Wenn dann der Stein nicht wieder hergerichtet
werden kann und durch einen neuen Stein ersetzt werden muss, ergibt dies einen Ausfall
von mehreren Tagen.
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Die spröden oder bruchempfindlichen Segmente limitieren auch den Einsatz
des Steins beim Anfahren mit Raumtemseratur. Tatsache ist nämlich, daß ein Stein
dann für zwei Tage behutsam aufgeheizt werden muß, ehe der Schleifvorgang tatsächlich
begonnen werden kann.
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Die Verwendung von metallischen Schleifmitteln ist an sich auch zumBeispiel
durch die SE-PS 309,529 vorbekannt.
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Diese Schleifmittel sind mit einer metallischen Oberfläche versehen,
die zur Erzielung der Schleifwirkung halbkugelförmige Erhebungen aufweist.
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Eine solche Lösung der Probleme ist aus mehreren Gründen praktisch
nicht sinnvoll, da sich diese Narben oder halbkugelförmigen Erhebungen auf der Fläche
einem äußerst schnellen Verschleiß unterliegen, was dazu führt, daß die metallische
Fläche häufig ersetzt werden muss.
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Der Austausch kommt dann immer ungelegen und erfordert einen langwierigen
Arbeitsprozeß, was dann die Leistungsfähigkeit und den wirtschaftlichen entsprechend
mindert.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es deshalb, ein Schleifmittel für
die Verwendung in der mechanischen Herstellung von Holzstoff oder in der Zerfaserung
in Form eines Schleif steins oder Schleifsegments zu schaffen, dessen Widerstandsfähigkeit
gegenüber Verschleiß, und auch dessen mechanische Festigkeit den bekannten Lösungen
des Standes der Technik überlegen ist. Gemäss dieser Erfindung wird die Aufgabe
dadurch gelöst, indem der Binder aus Sintermetall besteht.
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Hinsichtlich des Zerfaserungsverfahrens ist vorzuziehen,
ein
den Raum zwischen den Schleiffragmenten füllendes und gegenüber den Schleif fragmenten
weicheres Sintermetall zu verwenden, welches mehr oder schneller verschleißt, als
die Schleiffragmente.
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Aufgrund der in einem Zerfaserungsverfahren vorherrschenden Bedingungen
ist ein korrosionsbeständiges oder rostfreies Metall, wie rostfreier oder säurebeständiger
Stahl, z.B. AISI 304 oder 316 oder 316L, das zu bevorzugende Metall. Das als Binder
verwendete Sintermetall kann auch Kupfer oder eine Kupfer-Legierung, wie zum Beispiel
Messing, sein.
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In einer Schleifmittel-Zusammensetzung gemäss der Erfindung können
die Schleiffragmente aus jedem derzeit zur Verfügung stehenden Schleifmaterial,
wie Aluminiumoxyd, verschiedenen Karbiden etc. bestehen.
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Die Proportion der Schleif fragmente in einem Schleifmittel ist im
Bereich von 10 - 70 Volumen-% und vorzugsweise 30 - 50 Volumen-%.
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Ein gesintertes Schleifmittel, gebunden in einer metallischen Matrix,
kann porös sein, z.B. 5 - 30% seines Volumens.
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Die Größe der Schleiffragmente ist vorzugsweise 150 -700 Am.
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Das Sintern erfolgt zum Beispiel wie nachfolgend aufgeführt: -Eine
Mischung aus Sintermetallteilchen (Pulvermetall) und Schleiffragmenten wird zusammengepresst
oder verdichtet. Dies mit einem Druck, der ausreichend ist, dem so verdichteten
Block die Handhabungs-Festigkeit zu geben, die das Einbringen in einen Ofen ohne
irgendwelche die Form stabilisierende Mittel oder Formelemente
zu
ermöglichen. Danach wird der Block im Ofen auf zum Beispiel 1000 - 1500 OC aufgeheizt,
d.h., zweckdienlicherweise auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes eines
verwendeten Metalls, und wenn für zweckmässig gehalten, in einem geeigneten Schutzgas
oder Vakuum.
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Dadurch verbinden sich die MetallDartikel miteinander, bauen um die
Schleiffragmente eine Matrix auf, an der die Schleiffragmente festanhängend befestigt
sind.
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Dies ist ein zu bevorzugender Weg für die Herstellung von Schleif-Segmenten
oder -Bogenstücken, die nach der herkömmlichen Weise auf der Oberfläche eines zum
Beispiel zylindrischen, konischen oder scheibenförmigen Körpers aus einem Metall
oder einem anderen geeigneten Material befestigt werden.
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Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Druckfestigkeit eines Schleifsegments
der Erfindung mit zum Beispiel 1000 N/mm2 gegenüber den derzeit verfügbaren Keramiksegmenten
in etwa das Zehnfache beträgt, und der Verschleißwiderstand bis etwa zum Fünffachen
gesteigert werden kann. Trotz der damit erzielten hohen Druckfestigkeit ist ein
Schleifsegment nach der vorliegenden Erfindung zäh und bricht nicht leicht, was
bei den verfügbaren Keramiksegmenten der Fall ist, wenn sie mechanischen oder thermischen
Schocks ausgesetzt werden.
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Der verbesserte Verschleißwiderstand ermöglicht es, die dem Verschleiß
ausgesetzte Schicht eines Schleifmittels dünner als bisher auszuführen. Da die Festigkeit
und Zähigkeit eines Sintermetalls im Verhältnis zu den entsprechenden Eigenschaften
eines Keramik-Binders im wesentlichen besser sind, kann das Schleifen mit im wesentlichen
höheren Konsistenzen und Temperaturen erfolgen, zum Beisniel beim Druck-Schleifen
werden die Festigkeits-Eìgenschaftcsn der Pulpe dadurch verbessert und die Wärmerückgewinnung
wird wirksamer.
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Der konstruktive Aufbau eines Schleifmittels der Erfindung ist in
der anliegenden Zeichnung dargestellt, die diese Konstruktion beim Schleifvorgang
im Schnitt rechtwinklig zur Längsachse eines zu schleifenden Holzblocks zeigt.
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Die Zeichnung zeigt die Position, an der das Schleifsegment 1 an der
Oberfläche des Schleifmittels in Kontakt mit der zu schleifenden Holzoberfläche
5 ist. Die Schleifrichtung des Schleifmittels ist mit einem Pfeil dargestellt. In
dieser Stellung dringen die Fragmente teilweise in das Holz ein und drücken dieses
auch zusammen, wodurch durch diesen Schleifvorgang Fasern 4 vom Holz abgetragen
werden.
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Die Schleiffragmente sind durch Zusammensintern einer Matrix 2 aus
Metallpartikeln um diese herum miteinander verbunden. Es ist möglich, beim Zusammensintern
der Matrix eine bestimmte Anzahl Poren 3 (0- 20%) darin zu belassen.
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Wenn der weichere Binder 2 der Schleiffläche verschleißt, werden die
Schleiffragmente freigelegt. Da nun die Fragmente mit hoher Geschwindigkeit gegen
die Holzoberfläche anlaufen, wird in der viskoelastischen Fasermatrix des Holzes
eine Hochfrequenzschwingung erzeugt, welche die Wärme erzeugt, die das als Bindemittel
für die Fasern dienende Lignin weich macht. Auf diesem Weg können die Fasern vom
Holz abgetragen werden.
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Das Schleifmittel der Erfindung kann nicht nur in Holzschleifern verwendet
werden, sondern auch in einer Vielzahl von scheibenförmigen, konischen oder ähnlichen
Refinern, Schleifern und anderen Maschinen und Ausrüstungen für den mechanischen
Holzschliff. In diesem Fall muß selbstverständlich dem jeweiligen Verwendungszweck
entsprechend der Block ausgebildet sein. Es ist möglich, daß die Schleiffragmente
nur eine oder auch eine Anzahl von Qualitäten oder Güteklassen im richtigen Verhältnis
zueinander einschließen.