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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abkappen von lösbaren
Befestigungsbahnen, die mit Köpfen
versehene Stiele aufweisen, und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung, welche die Stiele abkappen können, wenn die Bahn sehr breit
ist.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Lösbare mechanische
Befestigungsmittel werden weithin für eine unüberschaubare Palette von Produkten
und Anwendungen verwendet. Eine Klasse solcher Befestigungsmittel
ist die Klettverschlussvariante (Hook-and-Loop = Haken-und-Schlaufen), die
einen Teil mit mehreren hakenförmigen
Vorsprüngen
und einen weiteren Teil enthält,
der eine große Anzahl
loser Schlaufen aus Gewebe oder Fasern aufweist, die dafür gedacht
sind, sich mit den Haken zu verfangen. Solche Befestigungsmittel
haben sich besonders erfolgreich zum Beispiel in der Bekleidungsindustrie
durchgesetzt und sind auf dem freien Markt zum Beispiel unter dem
Markennamen Velcro
TM von der Firma Velcro
USA, Inc. und unter dem Markennamen SCOTCHMATE von der Minnesota Mining & Manufacturing
Co. aus St. Paul erhältlich. Seit
kurzem sind lösbare
Befestigungsmittel erhältlich,
die selbstpassend sind, wo zum Beispiel beide Teile des Befestigungsmittels
identisch aufgebaut sind und sich gegenseitig in Eingriff nehmen.
Ein solches Beispiel ist das wiederverschließbare Befestigungsmittel Dual
Lock
TM, das auf dem freien Markt bei der
Minnesota Mining & Manufacturing
Co. aus St. Paul, Minnesota, zu beziehen ist. Beide Arten von wiederverschließbaren Befestigungsmitteln
können hergestellt
werden, indem man eine Bahn anfertigt, auf der hervorstehende Stiele
ausgebildet sind (im vorliegenden Text als "Stielbahn" bezeichnet), und dann diese Stiele
abkappt, so dass eine Anordnung aus geformten Vorsprüngen entsteht.
Die Stielbahnen haben in der Regel eine unbestimmte Länge und eine
bestimmte Breite. Das Abkappen der Stiele erfolgt gegen eine beheizte
Walze, wie im
US-Patent Nr. 5,679,302 beschrieben.
Eine Einschränkung
dieses Prozesses ist, dass der Spalt zwischen den Walzen exakt gesteuert
werden muss, um die endgültige Dicke
des Produkts und die Größe der Kappen
beizubehalten. Eine weitere Einschränkung ist, dass der Prozess
nur für
relativ geringe Anlagengeschwindigkeiten geeignet ist.
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Eine
Entwicklung aus jüngerer
Zeit in Bezug auf Abkappungsprozesse für Stielbahnen war die Erfindung
eines kontinuierlich verjüngten
Quetsch- oder Abkappungsbackens. Eine solche Vorrichtung ist im
US-Patent Nr. 6,039,911 beschrieben.
Der Hauptvorteil dieser Konstruktion ist, dass ein größerer Kontakt
mit der beheizten Walze es ermöglicht, den
Prozess mit höheren
Anlagengeschwindigkeiten ablaufen zu lassen. Es wurde jedoch festgestellt, dass
sich Schwierigkeiten einstellten, wann das Verfahren auf größere Bahnbreiten
extrapoliert wurde. Das Verfahren beinhaltet die Verwendung eines
variablen Walzenspalts, und die genaue Abmessung des Spalts zwischen
den Quetschwalzen ist sehr wichtig. Bei größeren Bahnbreiten macht es
die Durchbiegung der Walzen infolge eines mechanischen Biegens oder
ungleichmäßiger Temperaturen
schwierig, einen Spalt zu erreichen, der eine gleichmäßige Abmessung über die
gesamte Walze hinweg aufweist. Dies kann zum Teil durch größere Walzendurchmesser
ausgeglichen werden, aber das führt
wieder zu anderen Problemen mit dem Gewicht, den Kosten und der
Wärmesteuerung.
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Des
Weiteren wurden unlängst
Hilfsmittel, die aus Walzprozessen zum Kalandrieren von Papier,
Kunststoff und Magnetspeichermedien adaptiert wurden, zum Herstellen
selbstpassender Befestigungsmittel eingesetzt. Bei diesen Prozessen
werden mehrere Walzen so übereinander
angeordnet, dass Belastungen auf beiden Seiten der meisten Walzen
wirken. In diesem Prozess erfolgt das Abkappen in einer Reihe inkrementeller
Schritte, wodurch die in jedem Schritt benötigte Spitzenkraft verringert wird
und der Betrag der Walzendurchbiegung verringert wird.
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US-Patent Nr. 6,197,076 stellt
einen im Wesentlichen flachen Schleifgegenstand mit einem Substrat
bereit, das eine Schleifbeschichtung auf einer Oberfläche und
Eingriffnahmeelemente auf einer gegenüberliegenden Oberfläche für eine lösbare Befestigung
an einer Passfläche
aufweist. Die Eingriffnahmeelemente werden in Form eines Kopfes
am distalen Ende von Stielen durch Erwärmen der Stiele mit einem Heizwalzensatz
ausgebildet.
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1a zeigt
einen herkömmlichen
Kalandrierungsprozess zum Abkappen von Stielbahnen. In 1a wird
die Stielbahn 10, die einen Träger 12 und darauf
befindliche Stiele 14 aufweist, über die Umlenkwalze 16 geleitet
und in einen Walzenspalt zwischen einer beheizten Walze 20 und
einer gekühlten Walze 24 geführt. Die
Stielbahn 10 wird dann durch einen zweiten Walzenspalt 28 zwischen
der gekühlten
Walze 24 und der beheizten Walze 30 geführt. Die
Stielbahn 10 durchläuft
dann einen dritten Walzenspalt 32 zwischen der beheizten
Walze 30 und der gekühlten
Walze 34 und dann einen vierten Walzenspalt 36 zwischen
der gekühlten
Walze 34 und der beheizten Walze 38. Die Stielbahn 10 wird
dann zu einem fünften
Walzenspalt 40 zwischen der beheizten Walze 38 und
der gekühlten
Walze 42 geführt.
Schließlich
wird die Stielbahn 10 zu einem sechsten Walzenspalt 44 zwischen
der gekühlten Walze 42 und
der beheizten Walze 46 geführt. Abschließend wird
die vollständig
abgekappte Bahn 48 herausgezogen. Es ist zu beachten, dass,
weil die beheizte Walze 20 auf der Oberseite und die beheizte Walze 46 auf
der Unterseite lediglich einseitig belastet werden, sie einen größeren Durchmesser
haben, um die Durchbiegung zu minimieren. Dieser Prozess ist erfolgreich
zum Herstellen von Schleifscheiben der Marke HookIt II eingesetzt
worden, die auf dem freien Markt bei der Minnesota Mining & Manufacturing
Co. aus St. Paul, Minnesota, zu beziehen sind.
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Wenden
wir uns nun 1b zu, wo eine seitliche Detailansicht
eines Abschnitts einer vollständig abgekappten
Stielbahn 48 gemäß herkömmlichen Prozessen
gezeigt ist, die drei oder mehr Quetschwalzen benötigen, um
die Stielbahn endgültig
abzukappen. Die Figur dient dem Definieren von Referenzabmessungen
für abgekappte
Stielbahnen. In dieser Ansicht ist ein einzelner Stiel 14 getrennt
zu sehen, der sich vom Träger 12 erstreckt
und einen Durchmesser "d" aufweist. Bei herkömmlichen
Prozessen, wie zum Beispiel dem, der in 1a offenbart
ist, wird an einem Stiel 14 eine Kappe 50 ausgebildet,
was zu einem abgekappten Stiel 52 führt. Die Kappe 50 hat
einen Durchmesser "D". Eine zweckmäßige Möglichkeit,
den erreichten Abkappungsgrad auszudrücken, ist das Verhältnis D:d.
Für das HookltTM II-Produkt wird am Ende des Prozesses
ein Verhältnis
D:d von etwa 1,66 erreicht, und für dieses Verhältnis ist
festgestellt worden, dass es die gewünschte Festigkeit der Verbindung
mit dem Schlaufenmaterial erbringt. Das Verfahren erbringt abgekappte
Stiele 52 mit einer guten symmetrischen Form ohne Knicke
und ein gleichmäßiges Ergebnis über die
Breite der abgekappten Bahn 48, wenn die Bahnbreite kleiner
als 1 Meter ist und die Anlagengeschwindigkeit weniger als etwa
30 m/Minute beträgt. Es
hat sich jedoch erwiesen, dass die Komplexität dieses Mechanismus' und die Schwierigkeit,
sechs eigenständige,
aber miteinander in Wechselbeziehung stehende Quetschwalzenpaare
ordnungsgemäß einzustellen,
Nachteile haben. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass der
Prozess unverhältnismäßig schwierig
wird, wenn man versucht, ihn auf Stiele mit größerem Durchmesser und schnellere
Anlagengeschwindigkeiten zu extrapolieren. Einfachere Verfahren
hingegen haben sich als unzureichend erwiesen. Zum Beispiel lassen
sich mit dem Prozess gemäß 1a lediglich
Verhältnisse
von D:d von etwa 1,44 am zweiten Walzenspalt 28 erreichen.
Auf diesem technischen Gebiet fehlt noch immer ein Verfahren zum
Abkappen von Stielbahnen, das einfach ist, das sich für größere Bahnbreiten
verwenden lässt und
das sich für
höhere
Bahngeschwindigkeiten eignet, selbst wenn Stielbahnen mit Stielen
von größerem Durchmesser
verarbeitet werden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung gestattet das Herstellen einer Stielbahn mit
größerer Breite
bei höherer
Anlagengeschwindigkeit, als es bisher möglich war. Möglich wird
dies dank der Erkenntnis, dass das Problem des Zuführens von
genügend
Wärmeenergie
zu den Oberseiten der Stiele, um sie verformen zu können, nicht
immer das entscheidendste ist. Mit zunehmenden Anlagengeschwindigkeiten
und Stieldurchmessern wird es immer schwieriger, genügend Wärmeenergie
von den Stielen abzuführen,
damit sie nicht beim nächsten
Abkappdurchgang verformt werden. Die Verfahren und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung widmen sich insbesondere der Bedeutung
einer ausreichenden und rechtzeitigen Kühlung. Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein
Verfahren zum Abkappen einer Stielbahn bereit, bei es sich bei einer
Stielbahn um ein Material handelt, das einen Träger und mehrere Stiele mit
einem Durchmesser "d" aufweist, die sich
von dem Träger erstrecken.
Das Verfahren beinhaltet das Durchführen der Stielbahn durch einen
ersten Walzenspalt gegen eine erste beheizte Quetschwalze zum teilweisen
Abkappen der Stiele; Abkühlen
der Bahn; und Durchführen
der Stielbahn durch einen zweiten Walzenspalt gegen eine zweite
beheizte Quetschwalze, um die Stiele vollständig auf einen Durchmesser "D" abzukappen. Das Verhältnis D:d
beträgt
mindestens 1,5:1 und bevorzugt mindestens 1,65:1. In bevorzugten
Ausführungsformen
wird die Stielbahn während der
Schritte des Hindurchführens
mit einer Anlagengeschwindigkeit von mindestens 30 m/Minute bewegt.
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Weniger
technisch ausgedrückt,
wird die teilweise abgekappte Stielbahn so gut und so schnell gekühlt, dass
die Stiele, die nach dem Durchlaufen des ersten Walzenspalts warm
und schwach waren, ihre Festigkeit wiedererlangen, bevor sie einen
zweiten Walzenspalt durchlaufen. Wenn ihre Festigkeit wiederhergestellt
ist, so kann der zweite Walzenspalt den Abkappungsvorgang vollenden,
was bis zum Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung in mehreren Durchgängen ausgeführt werden
musste, weil man ein befürchtete,
die Stiele zu zerdrücken.
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Eine
andere Möglichkeit,
die vorliegende Erfindung auszudrücken, ist, dass sie ein Verfahren zum
Abkappen einer Stielbahn bereitstellt, wobei die Stielbahn einen
Träger
und mehrere Stiele mit einem Durchmesser "d" aufweist,
die sich von dem Träger erstrecken,
wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
Durchführung der
Stielbahn durch einen ersten Walzenspalt zum teilweisen Abkappen
der Stiele;
Abkühlung
der Stielbahn; und
Durchführung
der Stielbahn durch einen zweiten Walzenspalt, um die Stiele vollständig auf
einen Durchmesser „D" abzukappen, wobei
das
Verhältnis
D:d mindestens 1,5:1 beträgt
und wobei die gekühlte
Walze einen mindestens 30% größeren Durchmesser
als die erste Quetschwalze aufweist.
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Der
Kühlungsschritt
erfolgt in der Weise, dass die Stielbahn mit einer gekühlten Walze
in Kontakt gebracht wird, und der erste Walzenspalt befindet sich
zwischen einer ersten beheizten Quetschwalze und der gekühlten Walze.
Der zweite Walzenspalt befindet sich zwischen einer zweiten beheizten
Quetschwalze und der gekühlten
Walze. Zweckmäßigerweise
berührt
die Stielbahn die gekühlte
Walze über
mindestens 20% ihres Umfangs, damit der erforderliche Kühlungsgrad
erreicht werden kann. In einigen bevorzugten Ausführungsformen
berührt
die Stielbahn die gekühlte
Walze über mindestens
25% oder sogar 30% ihres Umfangs. Um diese Präferenzen realisieren zu können, ist
es besonders zweckmäßig, dass
der Durchmesser der gekühlten
Walze mindestens 30% größer ist
als der Durchmesser der zweiten beheizten Quetschwalze.
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In
Fällen,
wo beide Quetschwalzen gegen eine einzelne gekühlte Walze laufen, wird es
derzeit als bevorzugt erachtet, dass die Kräfte zwischen der ersten beheizten
Quetschwalze und der gekühlten Walze
und die Kräfte
zwischen der zweiten beheizten Quetschwalze und der gekühlten Walze
an beiden Enden einer jeden Walze gemessen werden. Diese Messungen
werden dann zum Regulieren der Positionen der Walzen verwendet.
In den meisten Fällen wirken
diese Regulierungen so, dass die vier Reaktionskräfte ausgeglichen
werden, die zwischen den Walzen an den vier Messpunkten wirken.
Dieses Hilfsmittel ist eines von mehreren Dingen, die in bevorzugten
Ausführungsformen
enthalten sind, damit breite Stielbahnen mit einem sehr gleichmäßigen Ergebnis über ihre
gesamte Breite hinweg abgekappt werden können. Insbesondere ist es überaus wünschenswert,
dass der Abkappvorgang ausgeführt wird,
ohne die Stiele zu biegen oder zu knicken. Kappen, die um die Stielachse
herum symmetrisch sind und relativ zur Oberfläche des Trägers nicht umgebogen sind, erbringen
in der Regel bessere Ergebnisse in den meisten Anwendungen, in denen
mit Köpfen versehene
Stielbefestigungsmittel benötigt
werden. Prozesse, bei denen die Stiele während des Abkappvorgangs um
mehr als 4 Grad von der Senkrechten zur Ebene des Trägers gebogen
werden, sind weniger zweckmäßig. Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dieses Kriterium sogar überbieten, wenn
die Stielbahn breiter als 1 Meter ist und wenn die Anlagengeschwindigkeit
mindestens 30 m/Minute beträgt.
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In
diesem Aspekt kann die vorliegende Erfindung als eine Vorrichtung
zum Abkappen einer Stielbahn angesehen werden. Diese Vorrichtung
hat eine gekühlten
Walze, eine erste beheizte Quetschwalze, die so angeordnet ist,
dass sie einen ersten Walzenspalt mit der gekühlten Walze bildet, und eine
zweite beheizte Quetschwalze, die so angeordnet ist, dass sie einen
zweiten Walzenspalt mit der gekühlten
Walze bildet. Sie hat Sensoren zum Messen der Kräfte zwischen der ersten beheizten
Quetschwalze und der gekühlten
Walze und der Kräfte
zwischen der zweiten beheizten Quetschwalze und der gekühlten Walze
an beiden Enden einer jeden Walze. Sie hat des Weiteren Stellglieder
zum Regulieren der Positionen der Walzen auf der Grundlage des Ausgangssignals
der Sensoren.
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Eine
Anwendung, für
die sich die vorliegende Erfindung besonders eignet, ist die Herstellung selbstpassender
Schleifgegenstände
und solche Gegenstände
selbst. Auf dem technischen Gebiet des Schleifens ist ein fortdauerndes
Problem die Anbringung eines Schleifgegenstandes an einem Mechanismus,
der eine Relativbewegung zu einem Werkstück ermöglicht. Zu solchen Mechanismen
gehören zum
Beispiel Rotations- und Schwingschleifer. Klemmen oder Klebstoffe
sind traditionelle Hilfsmittel zum lösbaren Anbringen eines Schleifgegenstandes,
zum Beispiel Sandpapier, an dem Mechanismus. In diesem Zusammenhang
sind selbstpassende Verbindungssysteme in Erwägung gezogen worden, aber die
hohen Scherkräfte,
die beim Schleifen auftreten, haben bisher eine Einschränkung dargestellt.
Aber die Bahnen mit den dickschaftigen Stielen, welche die vorliegende
Erfindung selbst in den Breiten, die für die wirtschaftliche kommerzielle
Massenproduktion von Schleifmitteln benötigt werden, gleichmäßig abzukappen
vermag, beseitigen diese Einschränkung.
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Darum
stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt ein
Verfahren zum Herstellen eines Schleifgegenstandes bereit, wobei
das Verfahren Folgendes aufweist:
Bereitstellen einer Stielbahn,
die einen Träger
aufweist, der eine erste und eine zweite, gegenüberliegende Hauptfläche aufweist,
wobei sich mehrere Stiele mit einem Durchmesser "d" aus
mindestens einem Anteil der ersten Hauptfläche des Trägers erstrecken;
Durchführen der
Stielbahn durch einen ersten Walzenspalt gegen eine erste beheizte
Quetschwalze zum teilweisen Abkappen der Stiele;
Abkühlen der
Bahn;
Durchführen
der Stielbahn durch einen zweiten Walzenspalt gegen eine zweite
beheizte Quetschwalze, um die Stiele vollständig auf einen Durchmesser "D" abzukappen, wobei das Verhältnis D:d
mindestens 1,5:1 beträgt;
und wobei die gekühlte
Walze einen mindestens 30% größeren Durchmesser
als die erste beheizte Quetschwalze aufweist; und
Aufbringen
einer abschleifenden Schicht auf mindestens einem Anteil der zweiten
Hauptfläche.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen wird
die abschleifende Schicht aufgebracht durch: Aufbringen einer Grundschicht
auf mindestens einem Anteil der zweiten Hauptfläche des Trägers; mindestens teilweises
Einbetten von Schleifpartikeln in die Grundschicht; mindestens teilweises
Aushärten
der Grundschicht; Aufbringen einer Deckschicht auf mindestens einem
Anteil der mindestens teilweise ausgehärteten Grundschicht und Schleifpartikel;
und Aushärten
der Deckschicht. Die abschleifende Schicht kann auf mindestens einem
Anteil der zweiten Hauptfläche
vor dem Durchführen
der Stielbahn durch den zweiten Walzenspalt aufgebracht werden, oder
sie kann nach dem Durchführen
die Stielbahn durch den zweiten Walzenspalt aufgebracht werden.
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Analog
zu den oben beschriebenen Verfahren wird es bei der Herstellung
der Schleifgegenstände
derzeit als bevorzugt erachtet, zwei beheizte Walzen zu verwenden,
die jeweils einen Abkappspalt gegen eine größere gekühlte Walze zwischen sich bilden.
Es wird als besonders bevorzugt erachtet, die Kräfte zwischen der ersten beheizten
Quetschwalze und der gekühlten
Walze und die Kräfte
zwischen der zweiten beheizten Quetschwalze und der gekühlten Walze
an beiden Enden einer jeden Walze zu messen und diese Messungen
zu Regulieren der Positionen der Walzen zu verwenden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a ist
eine schematische Ansicht eines bekannten Prozesses zum Abkappen
von Stielbahnen.
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1b ist
eine seitliche Detailansicht eines abgekappten Stiels gemäß dem in 1a veranschaulichten
bekannten Prozess.
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2 ist
eine schematische Ansicht eines Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Abkappen von Stielbahnen.
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3 ist
eine Seitenansicht eines repräsentativen
Schleifgegenstandes, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde.
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Detaillierte Beschreibung
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Wenden
wir uns nun 2 zu, wo eine beispielhafte
Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht ist. In dieser Figur wird die Stielbahn 102,
die einen Träger 104 und
darauf ausgebildete Stiele 106 aufweist, über Umlenkwalzen 108 und
in Kontakt mit einer beheizten Walze 110 geführt. Die
Stielbahn 102 wird zwischen der ersten beheizten Walze 110 und
der gekühlten
Walze 114 gequetscht. Innerhalb dieses Walzenspalts 116 werden die
Stiele 106 so verformt, dass teilweise Kappen 118 entstehen.
Es ist anzumerken, dass die Stielbahn 102 nach dem Austreten
aus dem Walzenspalt 116 mit der gekühlten Walze 114 in
einer Region 120, die bevorzugt mindestens 30% des Umfangs
der gekühlten
Walze 114 ausmacht, in Kontakt bleibt. Bei der Entwicklung
der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass unter bestimmten
Bedingungen die Abkühlungsrate
zu einem einschränkenden
Faktor wird. Darum ist in bevorzugten Ausführungsformen die gekühlte Walze
bewusst größer als
die beheizten Walzen, so dass sie eine größere thermische Masse zum Abführen von
Wärme von
der Stielbahn 102 aufweist, und so, dass ein bestimmter
Prozentsatz des Umfangs sowohl nach absolutem Maßstab als auch nach relativem
Maßstab
groß ist.
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Nach
dem Hindurchführen
durch die Abkühlungsregion 120 wird
die Stielbahn 102 herausgenommen und durch Umlenkwalzen 122 und 124 neu ausgerichtet.
Die Stielbahn 102 wird dann zwischen der zweiten beheizten
Walze 128 und der gekühlten Walze 114 gequetscht.
Dieser Walzenspalt 132 ist so bemessen, dass Kappen 134 mit
einem Enddurchmesser gebildet werden. Nach dem Hindurchführen durch
den Walzenspalt 132 wird die abgekappte Bahn 136 erneut
an der gekühlten
Walze 114 in einer Region 138 gekühlt. Wie
zuvor, macht in bevorzugten Ausführungsformen
die Region 138 bevorzugt mindestens 20% und besonders bevorzugt
mindestens 25% des Umfangs der gekühlten Walze 114 aus.
Es ist in Verbindung mit der vorliegende Erfindung festgestellt
worden, dass es möglich
ist, einen beträchtlichen
Betrag an Verformung in nur zwei Durchgängen zu erreichen, weil während der
intensiven Abkühlung,
die in der Region 120 vorgenommen wird, die Stiele die
Möglichkeit
haben, ihre strukturelle Integrität zurückzugewinnen. Die abgekappten
Stiele 134 gewinnen auch ihre Festigkeit in der Region 138 zurück, so dass
die abgekappte Stielbahn 140 um die Umlenkwalze 142 herum
abgenommen werden kann. Die Walzen 110, 114 und 128 bestehen
zweckmäßigerweise
aus Materialien wie zum Beispiel Edelstahl, so dass eine beträchtliche
thermische Masse entsteht und Temperaturschwankungen minimiert werden.
Die beheizten Walzen 110 und 128 werden zweckmäßigerweise
mittels elektrischer Heizvorrichtungen an ihren Innenseiten beheizt,
oder alternativ mittels heißem
Wasser oder Öl,
das durch innenliegende Kanäle
zirkuliert. Die gekühlte
Walze wird am zweckmäßigsten
mittels eines Kühlwasserkreislaufs in
einer Art und Weise gekühlt,
wie sie dem Durchschnittsfachmann geläufig ist. Ein Vorteil der Vorrichtung 100 ist,
dass sie mit Walzen 110, 114 und 128 arbeiten
kann, die Nennbreiten von 1 Meter oder mehr haben. Außerdem können die
breiten Walzen für
Verarbeitungsanlagengeschwindigkeiten von über 34 m/Minute eingesetzt
werden.
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Der
Fachmann erkennt, dass der erfindungsgemäße Aspekt des vorliegenden
Verfahrens auch mittels anderer Komponenten als Walzen zum Bilden eines
Quetschspalts praktiziert werden kann. Zum Beispiel können rotierende
Bänder
integriert werden, um den Quetschspalt zu bilden. Außerdem kann
sich das Quetschspaltprofil in Abhängigkeit vom Material der Stielbahn
und der konkret gewünschten
Kappe ändern.
Der Fachmann auf dem Gebiet der Stielbahnabkappung ist in der Lage,
Quetschspaltprofile herzustellen, um ein gewünschtes Endprodukt zu erhalten.
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Die
Vorrichtung
100 eignet sich zur Verwendung mit unterschiedlichen
Stielbahnen
102 aus diversen Materialien und mit verschiedenen
Abmessungen. Die Stielbahn besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielfalt
von Materialien, wie im
US-Patent Nr.
5,679,302 beschrieben. Zum Beispiel wird ein Copolymer
aus Polypropylen und Polyethylen mit einem Gehalt von 17,5% Polyethylen
und mit einem Schmelzindex von 30, das auf dem freien Markt als SRD7-560
bei der Union Carbide, Co. aus Seadrift, Texas, zu beziehen ist,
als besonders geeignet angesehen. Die Herstellung einer Stielbahn,
die sich als Ausgangsmaterial für
den Abkappungsvorgang eignet, kann auf unterschiedliche Weise erfolgen,
wovon eine im
US-Patent Nr. 5,679,302 in
Verbindung zum Beispiel mit
6A in
jenem Dokument beschrieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung kühlt
die erwärmte Stielbahn
bis zu einem Punkt, wo das Material einen Teil seiner ursprünglichen
Festigkeit oder strukturellen Integrität zurückerlangt, bevor es in den
zweiten Walzenspalt geleitet wird. Durch das Wiedererlangen eines
Grades an struktureller Integrität
in der Stielbahn vollzieht sich die Verformung an dem zweiten Walzenspalt überwiegend
in dem teilweise abgekappten Bereich des Stiels und nicht an dem
Stiel selbst. Eine Art des Messens der strukturellen Integrität ist über den
Elastizitätsmodul
des Materials. In der vorliegenden Erfindung erhöht das Kühlen der Stielbahn den Elastizitätsmodul
im Vergleich zum ersten Abkappschritt, um eine Verformung des Stiels
während
des zweiten Quetschvorgangs zu verhindern. Bevorzugt wird der Elastizitätsmodul
der Stielbahn auf einen Wert erhöht,
der mindestens 14 Mal größer ist
als der Elastizitätsmodul
der Stielbahn bei einer Bezugstemperatur, die im Wesentlichen der
Oberflächentemperatur
am zweiten Quetschpunkt entspricht. Eine weitere Möglichkeit
zum Messen der strukturellen Integrität ist über die Quetschspannung des
Materials. Ähnlich
dem Elastizitätsmodul
nimmt die Quetschspannung mit abnehmender Temperatur zu. In der
vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Quetschspannung
der Stielbahn in dem Kühlungsschritt
auf einen Wert von mindestens dem 105-fachen der Quetschspannung
der Stielbahn bei einer Bezugstemperatur ansteigt, die im Wesentlichen
der Oberflächentemperatur
am zweiten Quetschpunkt entspricht.
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Bei
der Herstellung der Stielbahn zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung beträgt
die Dicke des Trägers 104 zweckmäßigerweise
zwischen 4 mils (0,1 mm) und 10 mils (0,25 mm), und in Abhängigkeit
vom Endverwendungszweck können die
Stiele 106 auf dem Träger
in Dichten ausgebildet werden, die im Bereich von 100 bis 3000 Stielen
je Quadratinch (15 bis 465 Stiele/cm2) liegen.
Stieldurchmesser im Bereich von 0,005 bis 0,020 Inch und Stielhöhen im Bereich
von 0,003 bis 0,070 Inch werden als besonders zweckmäßig erachtet,
wobei die genauen Werte vom vorgesehenen Endverwendungszweck abhängen. Diese
Stiele sind zweckmäßigerweise
runde Zylinder, aber quadratische, ovale oder andere Querschnitte
sind für
Spezialanwendungen ebenfalls brauchbar und wünschenswert.
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Das
Abkappen der Stielbahn ist allgemein ein Zeit-Temperatur-Druck-Phänomen. Das heißt, bestimmte
Kappenformen oder -designs können
verändert
oder beeinflusst werden, indem man bestimmte Zeit-, Temperatur-
oder Druckparameter auf der Quetschstufe für einen bestimmten Prozess
und ausgewählte Stielbahnmaterialien
auswählt.
Zum Beispiel offenbart
US-Patent
Nr. 6,039,911 einen Verfahren und mehrere Vorrichtungen
zum Verändern
der Walzenspaltlänge
und des Quetschwalzendrucks. Des Weiteren ist es allgemein anerkannt,
dass die relative Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche der Quetschwalzenvorrichtung
und der Stielbahn die Form der Kappe beeinflusst. Der Fachmann ist
in der Lage, den Kühlungsschritt
der vorliegenden Erfindung mit herkömmlichen Quetschwalzenprozessen und
ausgewählten
Stielbahnmaterialien zu verbinden, um eine abgekappte Stielbahn
mit einer gewünschten
Kappengröße und -form
zu erhalten.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
werden die Kräfte
zwischen der ersten beheizten Walze 110 und der gekühlten Walze 114 und
die Kräfte
zwischen der zweiten beheizten Quetschwalze 128 und der
gekühlten
Walze an beiden Enden einer jeden Walze gemessen. Die Messungen
erfolgen zweckmäßigerweise
unter Verwendung hydraulischer Stellglieder mit eingebetteten Kraft-
und Positionsmessungen, wie zum Beispiel des PSC Cylinder, der auf
dem freien Markt bei der Firma Miller Fluid Power aus Bensenville,
Illinois, zu beziehen ist. Der auf dem technischen Gebiet solcher
Vorrichtungen einschlägig
bewanderte Fachmann weiß,
wie solche Vorrichtungen für
das konkret verwendete Material, die konkreten Prozessbedingungen
und die konkrete Anlagengröße richtig
ausgewählt
werden.
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Wenden
wir uns nun 3 zu, wo eine Seitenansicht
eines repräsentativen
Schleifgegenstandes 200 veranschaulicht ist, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde. Die Seite der abgekappten Stielbahn 140,
welche die Stiele trägt, kann
als eine erste Hauptfläche 202 bezeichnet
werden. Der Schleifgegenstand 200 hat dann auf einer zweiten
Hauptfläche 204,
die der ersten Hauptfläche 202 gegenüberliegt,
die Grundschicht 206. Mindestens teilweise in die Grundschicht 206 eingebettet sind Schleifpartikel 208.
Eine Deckschicht 210 ist zweckmäßigerweise über die Schleifpartikel aufgebracht.
Der Schleifgegenstand 200 wird zweckmäßigerweise so hergestellt,
dass man die abgekappte Stielbahn 140 wie oben beschrieben
herstellt und dann eine Grundschicht 206 auf wenigstens
einen Anteil der zweiten Hauptfläche 204 des
Trägers 104 aufbringt.
Schleifpartikel 208 werden dann mindestens teilweise in
die Grundschicht 206 eingebettet, und die Grundschicht
wird dann mindestens teilweise gehärtet. Eine Deckschicht 210 wird über mindestens einen
Anteil der mindestens teilweise gehärteten Grundschicht 206 und
die Schleifpartikel 208 aufgebracht, und dann wird die
Deckschicht gehärtet.
Eine optionale Deckschicht-Überzugsschicht 212 kann über der
teilweise gehärteten
Deckschicht 210 aufgebracht werden.
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Zu
geeigneten Materialien für
die Grundschicht
206 gehören wärmehärtbare organische Polymere.
Zu Beispielen für
geeignete wärmehärtbare organische
Polymere gehören
Phenolharze, Harnstoffformaldehydharze, Melaminformaldehydharze, Urethanharze,
Acrylatharze, Polyesterharze, Aminoplastharze mit α,β-ungesättigten
Carbonyl-Seitengruppen,
Epoxydharze, acryliertes Urethan, acrylierte Epoxydharze und Kombinationen
daraus. Die Grundschicht
206, der Schleifgegenstand
200 oder beide
können
auch Zuschlagstoffe wie zum Beispiel Fasern, Schmiermittel, Netzmittel,
thixotrope Materialien, oberflächenaktive
Substanzen, Pigmente, Farbstoffe, antistatische Mittel (zum Beispiel
Ruß, Vanadiumoxid,
Graphit usw.), Haftvermittler (zum Beispiel Silane, Titanate, Zirkoaluminate
usw.), Weichmacher, Suspendiermittel und dergleichen enthalten.
Die Mengen dieser optionalen Zuschlagstoffe werden so gewählt, dass
die gewünschten
Eigenschaften erreicht werden. Die Haftvermittler können die
Adhäsion
mit den Schleifpartikeln und/oder Füllstoffen verbessern. Die Bindechemie
kann thermisch gehärtet,
strahlungsgehärtet oder
mittels Kombinationen daraus gehärtet
werden. Weitere Einzelheiten zur Bindechemie finden sich in
US-Patent Nr. 4,588,419 (Caul
und Mitarbeiter),
US-Patent Nr. 4,751,137 (Tumey
und Mitarbeiter) und
US-Patent Nr.
5,436,063 (Follett und Mitarbeiter).
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Die
Schleifgegenstände
200 können 100% Schleifpartikel
208 oder
Gemische solcher Schleifpartikel mit anderen Schleifpartikeln und/oder
Verdünnerpartikeln
enthalten. Zu Beispielen geeigneter herkömmlicher Schleifpartikel gehören Elektrokorund (einschließlich weißem Elektrokorund,
wärmebehandeltem
Aluminiumoxid und braunem Aluminiumoxid), Siliziumcarbid, Borcarbid,
Titancarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, geschmolzenes
Aluminiumoxid-Zirkondioxid und Solgel-abgeleitete Schleifpartikel und dergleichen.
Die Solgel-abgeleiteten Schleifpartikel können gekeimt oder ungekeimt
sein. Gleichermaßen
können
die Solgel-abgeleiteten
Schleifpartikel Zufallsformen haben oder speziell geformt sein,
wie zum Beispiel als Stab oder als Dreieck. Zu Beispielen für Solgel-Schleifpartikel
gehören
jene, die in den
US-Patenten
Nr. 4,314,827 (Leitheiser und Mitarbeiter), Nr.
4,518,397 (Leitheiser und
Mitarbeiter), Nr.
4,623,364 (Cottringer
und Mitarbeiter), Nr.
4,744,802 (Schwabel),
Nr.
4,770,671 (Monroe
und Mitarbeiter), Nr.
4,881,951 (Wood
und Mitarbeiter), Nr.
5,011,508 (Wald
und Mitarbeiter), Nr.
5,090,968 (Pellow),
Nr.
5,139,978 (Wood),
Nr.
5,201,916 (Berg und
Mitarbeiter), Nr.
5,227,104 (Bauer),
Nr.
5,366,523 (Rowenhorst
und Mitarbeiter), Nr.
5,429,647 (Larmie),
Nr.
5,498,269 (Larmie)
und Nr.
5,551,963 (Larmie)
beschrieben sind. Weitere Einzelheiten zu Sinter-Elektrokorund-Schleifpartikeln,
die unter Verwendung von Aluminiumoxidpulvern als eine Ausgangsmaterialquelle
hergestellt werden, finden sich zum Beispiel auch in den
US-Patenten Nr. 5,259,147 (Falz),
Nr.
5,593,467 (Monroe)
und Nr.
5,665,127 (Moltgen).
Weitere Einzelheiten zu Schmelz-Schleifpartikeln
finden sich zum Beispiel in den
US-Patenten
Nr. 1,161,620 (Coulter), Nr.
1,192,709 (Tone),
Nr.
1,247,337 (Saunders
und Mitarbeiter), Nr.
1,268,533 (Allen),
Nr.
2,424,645 (Baumann
und Mitarbeiter), Nr.
3,891,408 (Rowse
und Mitarbeiter), Nr.
3,781,172 (fett
und Mitarbeiter), Nr.
3,893,826 (Quinan
und Mitarbeiter), Nr.
4,126,429 (Watson),
Nr.
4,457,767 (Poon
und Mitarbeiter), Nr.
5,023,212 (Dubots
und Mitarbeiter), Nr.
5,143,522 (Gibson
und Mitarbeiter), Nr.
5,336,280 (Dubots
und Mitarbeiter) und in den Anmeldungen mit den US-Seriennummern
09,495,978, 09/496,422, 09/496,638 und 09/496,713, jeweils eingereicht
am 2. Februar 2000, und den Seriennummern 09/618,876, 09/618,879,
09/619,106, 09/619,191, 09/619,192, 09/619,215, 09/619,289, 09/619,563,
09/619,729, 09/619,744 und 09/620,262, jeweils eingereicht am 19.
Juli 2000, und der Seriennummer 09/772,730, eingereicht am 30. Januar
2001. In einigen Fällen können Gemische
aus Schleifpartikeln zu einem Schleifgegenstand führen, der
eine verbesserte Schleifleistung im Vergleich zu Schleifgegenständen aufweist,
die 100% des einen oder anderen Typs Schleifpartikel enthalten.
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Liegt
ein Gemisch aus Schleifpartikeln vor, so können die Schleifpartikeltypen,
aus denen das Gemisch besteht, die gleiche Größe haben. Alternativ können die
Schleifpartikeltypen unterschiedliche Partikelgrößen haben. Des Weiteren können die Schleifpartikel
gleichmäßig in dem
Schleifgegenstand verteilt sein oder können in ausgewählten Bereichen
oder Abschnitten des Schleifgegenstandes konzentriert sein. Zum
Beispiel können
in einem Schleifpapier oder -leinen zwei Schichten aus Schleifpartikeln
vorhanden sein.
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Zu
Beispielen geeigneter Verdünnerpartikel gehören Marmor,
Gips, Feuerstein, Siliziumdioxid, Eisenoxid, Aluminiumsilikat, Glas
(einschließlich Glasblasen
oder Glasperlen), Aluminiumoxidblasen, Aluminiumoxidperlen und Verdünneragglomerate. Schleifpartikel
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch in oder mit Schleifagglomeraten kombiniert werden. Schleifagglomeratpartikel
weisen in der Regel mehrere Schleifpartikel, ein Bindemittel und optional
Zuschlagstoffe auf. Das Bindemittel kann organisch oder anorganisch
sein. Die Schleifagglomerate können
eine Zufallsform oder eine vorgegebene Form aufweisen. Die Form
kann ein Block, ein Zylinder, eine Pyramide, eine Knopfform, ein
Quadrat oder dergleichen sein. Schleifagglomeratpartikel haben in der
Regel Partikelgrößen im Bereich
von etwa 100 bis etwa 5000 Mikrometer, in der Regel etwa 250 bis etwa
2500 Mikrometer. Weitere Einzelheiten zu Schleifagglomeratpartikeln
finden sich zum Beispiel in den
US-Patenten
Nr. 4,311,489 (Kressner), Nr.
4,652,275 (Bloecher und Mitarbeiter),
Nr.
4,799,939 (Bloecher
und Mitarbeiter), Nr.
5,549,962 (Holmes und
Mitarbeiter) und Nr.
5,975,988 (Christianson) und
in den Anmeldungen mit den US-Seriennummern 09/688,444 und 09/688,484,
eingereicht am 16. Oktober 2000.
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Schleifhilfsmittel
können
sich in Schleifpapier und -leinen als besonders nützlich erweisen.
In Schleifpapier und -leinen werden Schleifhilfsmittel in der Regel
in der Deckschicht-Überzugsschicht 212 verwendet,
die über
der Oberfläche
der Schleifpartikel aufgebracht wird. Manchmal wird das Schleifhilfsmittel
aber auch der Deckschicht 210 beigegeben. In der Regel
beträgt
die Menge an Schleifhilfsmittel, die in das Schleifpapier und -leinen
eingearbeitet wird, etwa 50–300
g/m2 (bevorzugt etwa 80–160 g/m2).
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Schleifhilfsmittel
umfassen eine breite Vielfalt an unterschiedlichen Materialien und
können
auf anorganischer oder organischer Basis beruhen. Zu Beispielen
für chemische
Gruppen von Schleifhilfsmitteln gehören Wachse, organische Halidverbindungen,
Halidsalze und Metalle und ihre Legierungen. Die organischen Halidverbindungen
brechen in der Regel während
des Abschleifens auf und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halidverbindung frei.
Zu Beispielen solcher Materialien gehören chlorierte Wachse wie Tetrachlornaphtalen,
Pentachlornaphthalen und Polyvinylchlorid. Zu Beispielen für Halidsalze
gehören
Natriumchlorid, Kaliumcryolit, Natriumcryolit, Ammoniumcryolit,
Kaliumtetrafluoroboat, Natriumtetrafluoroborat, Siliziumfluoride,
Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Zu Beispielen für Metalle
gehören
Zinn, Blei, Bismut, Kobalt, Antimon, Kadmium und Eisentitan. Zu
sonstigen Schleifhilfsmitteln gehören Schwefel, organische Schwefelverbindungen,
Graphit und metallische Sulfide. Es liegt ebenfalls im Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung, eine Kombination unterschiedlicher Schleifhilfsmittel
zu verwenden, und in einigen Fällen
kann dies einen Synergieeffekt hervorrufen. Das bevorzugte Schleifhilfsmittel
ist Cryolit; das ganz besonders bevorzugte Schleifhilfsmittel ist
Kaliumtetrafluoroborat.
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Weitere
Einzelheiten zu Schleifpapier und -leinen finden sich zum Beispiel
in
US-Patent Nr. 4,734,104 (Broberg),
Nr.
4,737,163 (Larkey),
Nr.
5,203,884 (Buchanan
und Mitarbeiter), Nr.
5,152,917 (Pieper
und Mitarbeiter), Nr.
5,378,251 (Culler
und Mitarbeiter), Nr.
5,417,726 (Stout
und Mitarbeiter), Nr.
5,436,063 (Follett
und Mitarbeiter), Nr.
5,496,386 (Broberg
und Mitarbeiter), Nr.
5,609,706 (Benedict und
Mitarbeiter), Nr.
5,520,711 (Helmin),
Nr.
5,954,844 (Law und
Mitarbeiter), Nr.
5,961,674 (Gagliardi
und Mitarbeiter) und Nr.
5,975,988 (Christinason).
Weitere Einzelheiten zu gebundenen Schleifgegenständen finden
sich zum Beispiel im
US-Patent Nr.
4,543,107 (Rue), Nr.
4,741,743 (Narayanan
und Mitarbeiter), Nr.
4,800,685 (Haynes
und Mitarbeiter), Nr.
4,898,597 (Hay
und Mitarbeiter), Nr.
4,997,461 (Markhoff-Matheny
und Mitarbeiter), Nr.
5,038,453 (Narayanan
und Mitarbeiter), Nr.
5,110,332 (Narayanan
und Mitarbeiter) und Nr.
5,863,308 (Qi
und Mitarbeiter).
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Aus
der obigen Offenbarung der allgemeinen Prinzipien der vorliegenden
Erfindung und der vorangegangenen detaillierten Beschreibung werden
für den
Fachmann ohne Weiteres die verschiedenen Modifikationen deutlich,
die an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Darum
ist der Geltungsbereich der Erfindung allein durch die folgenden
Ansprüche
eingeschränkt.