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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein abrasive und superabrasive
Werkzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine
drehbare Schleifscheibe mit einer abrasiven oder superabrasiven
Fläche.
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Gewisse
Werstückarten
(zum Beispiel Kunststoff- und Glaslinsen, Stein, Beton und Keramik)
können vorteilhafterweise
unter Verwendung von Schleifwerkzeugen, wie zum Beispiel einer Schleifscheibe,
die eine abrasive Arbeitsfläche,
insbesondere eine superabrasive Arbeitsfläche, wobei es sich bei letzterer
auch um eine abrasive Fläche
(Schleiffläche)
handelt, die aber eine stärkere
Abrasivität
aufweist, geformt werden. Die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs kann
aus einem Schleifband um den Außenumfang
der Scheibe herum bestehen. In der Regel weist die Arbeitsfläche Teilchen
aus superhartem oder Schleifmaterial, wie zum Beispiel Diamant,
kubischem Bornitrid oder Borsuboxid, die von einem Bindemittel umgeben
und/oder in einer Metallmatrix eingebettet sind, auf. Genau diese
Schleifteilchen wirken in erster Linie zum Schneiden oder Schleifen eines
Werkstücks,
wenn es mit einer sich drehenden Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs in
Kontakt gebracht wird.
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Es
ist bekannt, Schneid- oder Schleifscheiben herzustellen, die Segmente
aus Schleifmaterial aufweisen. Die Schleifsegmente können durch
Mischen von Schleifteilchen, wie zum Beispiel Diamanten und Metallpulver
und/oder andere Füll-
oder Bindemittel, in einer Form und Druckformen des Gemischs bei
einer erhöhten
Temperatur hergestellt werden. Das Herstellen von Schleifsegmenten
auf diese Weise kann jedoch zu Bereichen mit hohen Konzentrationen
von harten Teilchen oder Schleifteilchen und Bereichen mit geringen
Konzentrationen von Schleifteilchen im Segment führen. Des Weiteren beeinträchtigt die
Konzentration von Schleifteilchen an einer Schleiffläche die
Schleifeigenschaften der Scheibe, wie zum Beispiel die Verschleißgeschwindigkeit
und die Schleifgeschwindigkeit. Somit können nicht gleichförmige oder
willkürlich
variierende Konzentrationen von Schleifteilchen eine instabile Schneid-
oder Schleifleistung verursachen. Darüber hinaus kann das Herstellen
von Schleifsegmenten auf diese Weise relativ teuer sein, da eine
relativ große
Anzahl von Schleifteilchen verwendet wird.
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Zur
Verminderung der mit nicht gleichförmigen oder willkürlich variierenden
Konzentrationen von Schleifteilchen in Schleifflächen verbundenen Probleme ist
bekannt, Schleifsegmente herzustellen, in denen Konzentrationen
von Schleifteilchen auf eine geordnete Weise variieren. Zum Beispiel
können
Schleifsegmente mit im Wesentlichen parallelen, planaren Schichten
von Schleifteilchen hergestellt werden, die durch Bindemittelbereiche
getrennt sind. Schleifmaterial mit solchen Schichten von Schleifteilchen
werden zum Beispiel in der am 15. April 1997 Tselesin erteilten
US-PS 5,620,489 mit dem
Titel „Method
for Making Powder Preform and Abrasive Articles Made Therefrom"; der am 17. September
1991 Tselesin erteilten
US-PS
5,049,165 und der am 11. Juli 1991 für Diamond Saw Blade („Yoshiyuki") veröffentlichten
japanischen Offenlegungsschrift
J.P. Hei.
3-161278 von Tanno Yoshiyuki offenbart.
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Yoshiyuki
offenbart ein Sägeblatt
zum Schneiden von Stein, Beton und/oder flammfestem Material. Das
Sägeblatt
besteht aus Schleifsegmenten mit planaren Schichten aus Schleifteilchen.
Die Schleifteilchenschichten sind auf eine Drehrichtung des Sägeblatts
ausgerichtet, so dass der Schnitt in einem Werkstück Riefen
bildet, wie in 3 von Yoshiyuki zu sehen. Solche
Riefen werden gebildet, weil die Bindemittelbereiche zwischen Schleifteilchenebenen
schneller verschleißen
als die Bereiche der Schleifteilchenebenen.
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Jedoch
sind für
gewisse Anwendungen eines Schleifwerkzeugs Verschleißriefen
nicht wünschenswert oder
unakzeptabel. In einigen Fällen
ist es besonders wünschenswert,
wenn man in der Lage ist, einen glatten, abgerundeten Rand an einem
Werkstück
zu erzeugen. Zum Beispiel wird eine als Fingerscheibe bekannte Schleifscheibe
allgemein zum Schleifen von Rändern
von Glasscheiben verwendet, um scharfe Kanten des Glases zu entfernen
und abgerundete Ränder
ohne Risse, die zu einem Zerbrechen des Glases führen könnten, zu bilden. Die Erzeugung
von Riefen in dem abgerundeten Rand wäre nicht wünschenswert.
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Die
US-PS 4,208,843 offenbart
einen Schleifansatz für
Porzellankörper,
der eine Drehwelle und mehrere Schleifscheiben aufweist, die konzentrisch
auf der Drehwelle angebracht sind. Jede Schleifscheibe weist eine
kreisförmige
Stützscheibe
und mehrere auf der Umfangsfläche
der Stützscheibe
in beabstandeter Beziehung zueinander befestigte Schleifsteinteilchen
auf, deren bogenförmige
Endflächen
sich auf ein und dergleichen Umfangsfläche erstrecken. Die Breite
der Schleifsteinteilchen ist etwas größer als die Dicke der Stützscheibe.
Die Schleifscheiben sind so angeordnet, dass die Schleifsteinteilchen
einer Scheibe nach der Montage die Lücken zwischen den an den benachbarten
Schleifscheiben befestigten Schleifsteinteilchen in axialer Richtung überlappen.
Die Schleifsteinteilchen werden durch Mischen von Schleifkörpern aus
Diamant, Siliziumkarbid und dergleichen mit einem Bindemittel und
Brennen des sich ergebenden Körpers
hergestellt.
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Die
vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche gekennzeichnet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Schleifscheibe eine Schleiffläche mit
einer geordneten Konzentration von Schleifteilchen auf, um vorteilhafterweise
zu stabilen Schleifergebnissen zu gelangen. Jedoch kann die Schleiffläche der
Scheibe auch einen glatten Rand an einem Werkstück erzeugen. In einigen Fällen kann
der an einem Werkstück
erzeugte Rand auch abgerundet sein.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst eine allgemein zylindrische Schleifscheibe,
die um eine Drehachse drehbar ist. Ein im Wesentlichen zylindrischer
Bereich des Schleifmaterials mit einer Schleiffläche auf einer Außenumfangsfläche davon
ist aus mehreren Schleifteilchenschichten gebildet. Jede Schleifteilchenschicht
erstreckt sich zumindest in eine Umfangsrichtung und eine Radialrichtung
des zylindrischen Bereichs des Schleifmaterials. Durch Anordnen
der Schichten in einer Radialrichtung wird bei Abrieb eines Rands
einer Schleifteilchenschicht durch Verwendung der Scheibe vorteilhafterweise
ein frischer Rand freigelegt. Wenn eine Scheibe mit einem geformten
oder profilierten Rand verwendet wird, muss der Rand jedoch möglicherweise
neu profiliert werden, wenn er verschlissen ist.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifteilchenschichten
so auf der Schleiffläche
angeordnet sind, dass jegliche kreisförmigen Bahnen, die durch einen
Schnitt einer senkrecht zur Drehachse der Schleifscheibe verlaufenden
Ebene und eines vollen Umfangs der Schleiffläche definiert werden, mindestens
eine der mehreren Schichten aus Schleifteilchen schneiden.
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Die
Schleifteilchenschichten sind bezüglich einer senkrecht zur Drehachse
der Schleifscheibe verlaufenden Ebene so geneigt, dass sie damit
einen Winkel zwischen 0 Grad und 180 Grad exklusive bilden. Auf diese
Weise überstreicht
beim Drehen der Schleifscheibe um 360 Grad ein freiliegender Rand
einer einzigen Schleifteilchenschicht eine axiale Strecke, die breiter
ist als die Breite des freiliegenden Rands der Schleifteilchenschicht.
Wenn die Schichten aus Schleifteilchen so zur Drehachse geneigt
sind, dass sich die Breiten der axialen Strecken, die von jeder
Schleifteilchenschicht überstrichen
werden, treffen oder überlappen,
dann kann die Riefenbildung auf der Fläche eines Werkstücks verringert
und vorzugsweise beseitigt werden.
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Noch
ein weiterer Aspekt der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet werden,
dass die Schleifscheibe aus mehreren Schleifsegmenten gebildet wird,
die jeweils Schichten aus Schleifteilchen aufweisen. Die Schichten
aus Schleifteilchen sind von einem Segment zum anderen in einer
axialen Richtung versetzt. Auf diese Weise überstreichen die freiliegenden
Ränder
der Schleifteilchenschichten einen größeren Teil einer axialen Dicke
der Schleiffläche.
Dies kann auch die Riefenbildung auf einem Werkstück verringern.
Bei einigen Ausführungsformen
kann es machbar sein, Riefenbildung mit Segmenten zu verringern,
deren Schleifteilchen nicht in Schichten vorliegen, sondern willkürlich beabstandet
sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schleifscheibe mit einer geneigten
Scheiffläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Schnittlinie 2-2 von 1.
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3 ist
eine Vorderansicht der in 1 gezeigten
Schleifscheibe, die Schichten aus Schleifteilchen in einem Schleifbereich
davon darstellt.
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4 ist
eine als Querschnitt dargestellte Teilseitenansicht einer ein Werkstück schleifenden
Schleifscheibe, wobei dargestellt wird, wie Schichten aus Schleifteilchen
zwischen Verbindungsbereichen der Schleiffläche der Schleifscheibe zu Riefenbildung
der Schleifscheibe und des Werkstücks führen können.
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5a ist
eine Teilvorderansicht eines Schleifmaterialbahnenmaterials, das
zur Herstellung der in 1 gezeigten Schleifscheibe verwendet
werden kann, wobei für
Zwecke der Veranschaulichung Schleifteilchen und Schleifteilchenschichten übertrieben
dargestellt sind.
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5b ist
eine Teilvorderansicht der in 1 gezeigten
Schleifscheibe, wobei für
Zwecke der Veranschaulichung Schleifteilchenschichten übertrieben
und zur Drehachse der Schleifscheibe geneigt gezeigt werden.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines laminierten Blocks, aus dem die
in 1 gezeigte Schleifscheibe hergestellt werden kann.
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7 ist
eine Draufsicht eines laminierten Bahnenmaterials, aus dem ein Schleifbereich
der in 1 gezeigten Schleifscheibe hergestellt werden
kann.
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8 ist
eine auseinander gezogene Vorderansicht eines Beispiels für ein laminiertes
Bahnenmaterial, wie zum Beispiel das in 7 gezeigte.
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9 ist
eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform aus porösem Material,
das zur Herstellung des in 7 gezeigten
laminierten Bahnenmaterials verwendet werden kann.
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10 ist
eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform aus porösem Material,
die zur Herstellung des in 7 gezeigten
laminierten Bahnenmaterials verwendet werden kann.
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11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schleifscheibe mit Schleifsegmenten,
die Schleifteilchenschichten aufweisen, auf die sich die hier beanspruchte
vorliegende Erfindung nicht bezieht, die aber für Veranschaulichungszwecke
mit enthalten ist.
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12 ist
eine Querschnittsansicht der in 11 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Schnittlinie 12-12 von 11.
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13 ist
eine Querschnittsansicht der in 12 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Schnittlinie 13-13 von 12.
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14 ist
eine Querschnittsansicht der in 12 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Schnittlinie 14-14 von 12.
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15 ist
eine als Querschnitt ausgeführte
Draufsicht einer anderen Schleifscheibe entlang der gleichen Schnittlinie
wie in 12.
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16 ist
eine Querschnittsansicht der in 15 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Linie 16-16 von 15.
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17 ist
eine Vorderansicht der in 11 gezeigten
Schleifscheibe, die für
Veranschaulichungszwecke übertrieben
dargestellte Schleifteilchen und Schleifteilchenschichten zeigt.
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18 ist
eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform einer Schleifscheibe,
die gestapelte Schleifsegmente gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist.
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19 ist
eine Querschnittsansicht der in 18 gezeigten
Schleifscheibe entlang der Schnittlinie 19-19 von 18.
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20 ist
eine Vorderansicht einer Schleifscheibe mit einer Schleiffläche mit
variierender axialer Position der Schleifteilchenschichten, die
nicht der beanspruchten vorliegenden Erfindung entspricht, aber
der Veranschaulichung dient.
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21 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abstandsstücks, das zur Herstellung der
in 20 gezeigten Schleifscheibe verwendet werden kann.
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22 ist
eine Vorderansicht einer anderen Schleifscheibe mit einer aus Schleifsegmenten
hergestellten Schleiffläche,
die nicht der beanspruchten vorliegenden Erfindung entspricht, aber
der Veranschaulichung dient.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schneid- oder Schleifscheibe 10 mit
einer Umfangsschleiffläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Scheibe 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische
Form auf und enthält
einen Schleifbereich 12, der vorzugsweise zwischen einer
ersten Stützplatte 14 und
einer zweiten Stützplatte 16 angeordnet
ist. Eine äußere Schleiffläche 18 des
Schleifbereichs 12 ist ein im Wesentlichen zylindrisches
Band, das sich um einen Teil der Umfangsfläche 24 der Scheibe 10 erstreckt.
Die Scheibe 10 enthält
in ihrer Mitte eine Bohrung 20, die sich vollständig durch
die Scheibe 10 erstreckt. Die Bohrung 20 soll die
Befestigung der Scheibe 10 an einer (nicht gezeigten) drehbaren
Welle zur Drehung der Scheibe 10 dort herum gestatten.
Demgemäß würde sich
eine durch die Bohrung 20 hindurch angeordnete drehbare Welle
entlang der Drehachse 23 der Scheibe 10 erstrecken.
Als Alternative dazu kann die Drehachse durch innerhalb der Platten 14 und 16 befestigte
in Längsrichtung
ausgerichtete Wellenteile definiert werden. Des Weiteren kommt in
Betracht, die Scheibe 10 an einer drehbaren Welle zu befestigen,
indem eine im Wesentlichen kreisförmige (nicht gezeigte) Befestigungsplatte
mit einer (nicht gezeigten) mittleren Welle über Montagelöcher 9 an
der Scheibe angebracht wird. Es versteht sich jedoch, dass die Montagelöcher 9 nicht
erforderlich sind. Durch Drehen der Scheibe 10 auf einer
oder durch eine drehbare Welle kann ein Werkstück gegen die Umfangsfläche 24 der
Scheibe 10 gehalten werden, um durch die Schleiffläche 18 abgeschliffen
zu werden, so dass das Werkstück
zweckmäßig geformt,
geschliffen oder geschnitten werden kann.
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Die
Stützplatten 14 und 16 sind
im Wesentlichen starr und vorzugsweise aus Stahl hergestellt, sie
können
aber auch aus Bronze, Aluminium oder einem beliebigen anderen geeigneten
starren Material sein. Die Stützplatten 14 und 16 können aus
ungesintertem oder gesintertem Pulvermaterial hergestellt werden.
Mindestens eine dieser Platten kann keine Schleifteilchen oder einige
Schleifteilchen mit einer geringeren Konzentration und/oder Größe als der
Schleifbereich 12 umfassen. Die Platten 14 und 16 weisen
Außenflächen 14a bzw. 16a auf,
die vorzugsweise senkrecht zur Drehachse 23 der Scheibe 10 verlaufen.
Des Weiteren weisen die Platten 14 und 16 Innenflächen 14b bzw. 16b auf.
Wie in 3 gezeigt, bei der es sich um eine Vorderansicht
der Scheibe 10 handelt, sind die Innenflächen 14b und 16b vorzugsweise
im Wesentlichen parallel zueinander, aber so geneigt, dass sie einen
Winkel θ mit
einer senkrecht zur Drehachse 23 verlaufenden Ebene bilden.
Es versteht sich jedoch, dass es, wie unten ausführlicher beschrieben, auch
im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, nicht parallele Schichten
aus Schleifteilchen oder Schichten, die möglicherweise nicht parallel
sind, aber Konturen irgendwelcher benachbarten Schichten folgen,
vorzusehen. Des Weiteren kommt in Betracht, dass Innenflächen 14b und 16b senkrecht
zur Drehachse 23 sein können,
anstatt geneigt zu sein.
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Der
Schleifbereich 12 ist vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch
mit einer Oberseite 31 und einer Unterseite 33,
die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und auch vorzugsweise
in einem Winkel θ zu einer
senkrecht zur Drehachse 23 verlaufenden Ebene geneigt sind.
Auf diese Weise kann der Schleifbereich 12 zwischen den
Stützplatten 14 und 16 in
einem Winkel θ zu
einer senkrecht zur Drehachse 23 der Scheibe 10 verlaufenden
Ebene gestützt
werden. Da die Oberseite 14a der Platte 14 und
die Unterseite 16a der Platte 16 im Wesentlichen
senkrecht zur Drehachse 23 verlaufen können, können die Flächen 31 und 33 in
einem Winkel θ bezüglich der
Flächen 14a und 16a geneigt
sein. Es versteht sich, dass die Stützplatten 14 und 16 optional
sind. Zur Erleichterung der Drehung einer ohne Stützplatten 14 und 16 gebildeten
Schleifscheibe kann eine drehbare Welle direkt an der Ober- und
Unterseite 31 bzw. 33 befestigt werden.
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Wie
in 2 gezeigt, bei der es sich um eine Schnittansicht
der Scheibe 10 entlang der Linie 2-2 von 1 handelt,
ist der Schleifbereich 12 ringförmig und erstreckt sich von
der Fläche 24 zur
Mitte der Scheibe 10 radial nach innen. Auf diese Weise
wird bei zunehmendem Verschleiß der äußeren Schleiffläche 18 durch Gebrauch
eine zusätzliche
Schleiffläche
freigelegt, wodurch die Nutzlebensdauer der Scheibe 10 verlängert wird.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
erstreckt sich der Schleifbereich 12 durch den gesamten
radialen Abstand zwischen der Umfangsfläche 24 und der Bohrung 20.
Des Weiteren kommt jedoch in Betracht, dass sich der Schleifbereich 12 radial
durch nur einen Teil des Bereichs zwischen der Fläche 24 und
der Bohrung 20 erstreckt.
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Der
Schleifbereich 12 enthält
Teilchen aus Schleif- oder
hartem Material, zu denen unter anderem superabrasive Stoffe wie
Diamant, kubisches Bornitrid, Borkarbid, Borsuboxid und andere Schleifteilchen
wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid, Titankarbid und Chromborid, das
in einer Füll-
oder Bindemittelmatrix suspendiert ist, gehören. Wie in 3 gezeigt,
können
die Schleifteilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung in im Wesentlichen planaren, parallelen Schichten 26 im
Schleifbereich 12 mit Bereichen von Bindemitteln 28 zwischen den
Schichten 26 aus Schleifteilchen angeordnet sein. Schleifteilchenschichten 26 können eine
Ebene definieren, die sich in einer Radial- und Umfangsrichtung
in der Scheibe 10 erstreckt. Wie in 3 gezeigt,
bei der es sich um eine Vorderansicht der Scheibe 10 handelt,
kann die Schleiffläche 18 so
ausgebildet sein, dass sie die gestrichelt dargestellten Schichten 26 aus
Schleifteilchen schneidet. Auf diese Weise können die Ränder der Schleifteilchenschichten 26 an
der Schleiffläche 18 freigelegt
werden. Des Weiteren sind die Ränder
der Bereiche aus Bindemittel 28 an der Fläche 18 freigelegt.
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Durch
Freilegen der Ränder
der Schichten 26 an der Fläche 18 wird die Form,
das Verschleißprofil oder
die Oberflächenmorphologie
der Fläche 18 bei
Verwendung des Werkzeugs 10 beeinflusst. Des Weiteren wird
das Profil einer Oberfläche
eines Werkstücks,
das unter Verwendung des Werkzeugs 10 geschliffen worden
ist, beeinflusst. Dies liegt daran, dass die Bereiche aus Bindemittel 28 schneller
verschleißen
und ein Werkstück
weniger effektiv schneiden als die Schleifteilchenschichten 26. 4 ist
eine Seitenansicht, die das Verschleißprofil einer Schleifscheibe 310 und
ein dadurch abgeschliffenes Werkstück 308 darstellt Die
Scheibe 310 weist einen Schleifbereich 312 auf,
der zwischen den Stützplatten 314 und 316 eingeklemmt
sein kann. Der Schleifbereich 312 enthält Schleifteilchenschichten 326,
die durch Bereiche von Bindemittel 328 getrennt sind. Die
Ränder
der Schichten 326 sind in einer senkrecht zur Drehachse 323 der
Scheibe 310 verlaufenden Ebene ausgerichtet, und jeder
Rand der Schicht 326 erstreckt sich durchgehend um den
Umfang der Scheibe 310 herum. Wie gezeigt, kann das Schleifen
des Rands des Werkstücks 308 unter
Verwendung der Scheibe 310 zu Riefenbildung im Schleifbereich 312 führen. Die
hohen Stellen der Riefen des Schleifbereichs 312 treten
an den Rändern
der Schleifteilchenschichten 326 auf, und die niedrigen
Stellen treten in den Bereichen von Bindemittel 328 auf.
Wie gezeigt, kann diese Riefenbildung in der Fläche des gerade geschliffenen
Werkstücks 308 widergespiegelt
werden, da die Ränder
der Schleifteilchenschichten 326 Werkstückmaterial schneller entfernen
als die umgebenden Bereiche von Bindemittel 328.
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Wie
jedoch im Absatz über
den Hintergrund der Erfindung erwähnt, ist es im Allgemeinen
wünschenswert,
eine glatte Oberfläche
auf der Werkstückfläche zu erzeugen.
Zum Beispiel verwenden Hersteller für Glas für Kraftfahrzeuge und Möbel Fingerscheiben,
um die Glasränder
glatt und relativ frei von Defekten zu schleifen. Deshalb sind zur
Reduzierung von Riefenbildung oder anderen Flächenanomalien in einem Werkstück, wie
in 3 gezeigt, die Schleifteilchenschichten 26 in
einem Winkel θ zu
einer senkrecht zur Drehachse 23 verlaufenden Ebene geneigt.
Der Winkel θ liegt
vorzugsweise zwischen 0 Grad und 180 Grad exklusive. Die Schleifteilchenschichten 26 sind
vorzugsweise stark genug geneigt, so dass jegliche durch den Schnitt
einer senkrecht zur Drehachse der Scheibe 10 verlaufenden
Ebene und eines vollen Umfangs der Schleiffläche 18 definierte
Bahn 32 mindestens eine Schleifteilchenschicht 26 schneiden.
Somit kann die Gesamtheit einer Fläche eines durch die Scheibe 10 geschliffenen
Werkstücks
mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit geschliffen werden,
und es werden weniger Riefen oder andere Anomalien gebildet, weil
ein Bereich der Fläche nur
durch Bindemittel oder als Alternative durch eine unverhältnismäßig große Menge
an Schleifteilchen geschliffen wird.
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Der
Mindestwinkel θmin, in dem der Schleifbereich 12 zu
einer senkrecht zur Drehachse der Scheibe 10 verlaufenden
Ebene geneigt sein sollte, so dass jegliche Bahn 32 mindestens
eine Schleifteilchenschicht 26 schneidet, hängt von
der Größe der bei
der Herstellung des Schleifbereichs 12 verwendeten Teilchen,
dem Durchmesser der Scheibe 10 und der Dicke der Bereiche
aus Bindemittel 28 zwischen den Schleifteilchenschichten 26 ab.
Die 5a und 5b zeigen
schematische Darstellungen von Teilansichten eines Schleifmaterials
jener Art, aus dem die Scheibe 10 hergestellt sein kann.
Zwei Schleifteilchen 34 und 36 befinden sich in
benachbarten Schleifteilchenschichten 26a bzw. 26b,
die gestrichelt dargestellt werden. 5a zeigt
eine schematische Ansicht eines zylindrischen Schleifbereichs 12,
bevor er in der Scheibe 10 geneigt wird, um ein Verfahren
zur Bestimmung von θmin darzustellen. Die Teilchen 34 und 36 liegen
einander über
einen Durchmesser der Scheibe 10 diametral gegenüber. Somit
befinden sich die Teilchen 34 und 36 in einem
Abstand voneinander, der dem Durchmesser D des Schleifbereichs 12 entsprechen
würde.
Die Schleifteilchenschichten 26a und 26b befinden
sich in einem Abstand t voneinander. Ein Schleifteilchen weist einen
Durchmesser d auf. Somit wird der Winkel θmin durch
folgende Gleichung gegeben: Winkel θmin = arctan (d + t/D).
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Zum
Beispiel beträgt
für eine
Scheibe mit einem Durchmesser von 4 Zoll (D = 4 Zoll) mit einem
Abstand zwischen benachbarten Teilchenschichten von 0,05 Zoll (t
= 0,05 Zoll) und einem Schleifteilchendurchmesser von 0,01 Zoll
(d = 0,01 Zoll), der Winkel θmin ca. 0,86 Grad. 5b zeigt
eine schematische Darstellung einer Scheibe 10, nachdem
der zylindrische Schleifbereich 12 in einem Winkel θmin geneigt und zwischen die Stützplatten 14 und 16 eingeklemmt
worden ist. Obgleich die obige Gleichung den Mindestneigungswinkel θmin für
den Schleifbereich 12 so angibt, dass allgemein gewährleistet
wird, dass eine Bahn 32 einen Rand einer Schleifteilchenschicht
schneidet, liegt des Weiteren im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
den Schleifbereich 12 in einem Winkel θ, der größer ist als θmin, zu neigen. Des Weiteren kommt in Betracht,
den Schleifbereich 12 in einem Winkel zu neigen, der kleiner
ist als der durch θmin gegebene, aber wenn solch ein Neigungswinkel θ kleiner
als θmin verwendet wird, schneidet eine durch
den Schnitt einer senkrecht zur Drehachse 23 verlaufenden
Ebene und eines Umfangs eines Schleifbereichs 12 definierte
Bahn 32 möglicherweise
nicht einen Rand einer Schleifteilchenschicht.
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Bei
der obigen Besprechung des Winkels θmin wird
angenommen, dass im ganzen Schleifbereich 12 der gleiche
Durchmesser d von Schleifteilchen verwendet wird und dass der Abstand
t zwischen benachbarten Schleifteilchenschichten im ganzen Schleifbereich 12 im
Wesentlichen der gleiche ist. Im Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung können
jedoch auch Schleifteilchen mit unterschiedlichen Durchmessern und
verschiedene Abstände
zwischen benachbarten Schleifteilchenschichten verwendet werden.
Jedoch kann die obige Gleichung für den Winkel θmin verwendet werden, wenn der größte Abstand
zwischen benachbarten Schleifteilchenschichten für den Abstand t verwendet wird.
Darüber
hinaus gilt die obige Gleichung für θmin nur dann,
wenn die Schleifteilchenschichten im Schleifbereich im Wesentlichen
planar sind und parallel zueinander verlaufen.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung einer Scheibe 10, und
die 7 und 8 zeigen ein laminiertes Bahnenmaterial 51 aus
Schleifmaterial mit Schichten aus Schleifteilchen darin. Ein Verfahren
zur Herstellung des laminierten Bahnenmaterials 51 aus
Schleifmaterial wird unten ausführlich
dargestellt. Es versteht sich, dass das Bahnenmaterial 51 vorzugsweise
wie unten besprochen hergestellt werden kann, bevor die Schritte
der Montage der Scheibe 10 durchgeführt werden. Wie in 6 gezeigt,
wird das Bahnenmaterial 51 mit der ersten Außenplatte 53 und
der zweiten Außenplatte 55 so
gestapelt, dass ein rechteckiger Block 56 gebildet wird.
Dieser Block 56 kann dann unter Druck gesintert werden.
Im Allgemeinen wird dieser Sinterschritt bei Temperaturen zwischen
ca. 480°C
und 1600°C,
bei Drücken
bis zu 100 bis 550 kg/cm2 und bei Verweilzeiten
von ca. 5 Minuten bis 1 Stunde durchgeführt. Dann kann der Block 56,
wie in Durchsicht gezeigt, durch Laser, Wasserstrahl, Funkenerosion
(EDM), Plasmaelektronenstrahl, Scheren, Messer, Gesenke oder andere
bekannte Verfahren zur Herstellung der Scheibe 10 geschnitten
werden. Wie in Durchsicht gezeigt, kann die Bohrung 20 unter
Verwendung des gleichen oder eines anderen Verfahrens entweder vor
oder nach der Schneidscheibe 10 aus dem Block 56 geschnitten
werden. Es versteht sich, dass die Form des Blocks 56 und/oder
des Bahnenmaterials 51 nicht auf die rechteckige Form beschränkt ist,
sondern eine beliebige Gestalt aufweisen kann, wie zum Beispiel
eine runde mit oder ohne einer inneren Öffnung, die auch eine beliebige
Gestalt aufweisen kann.
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In
Abhängigkeit
von der Ausführung
kann die Scheibe 10 einen axial dünnen oder dicken Schleifbereich 12 aufweisen.
Der Schleifbereich 12 kann dann auf einem Kern, zum Beispiel
einem Metall- oder Verbundwerkstoffkern, angebracht werden. Der
Kern kann durch ein beliebiges zur Verfügung stehendes Mittel, das
unter anderem mechanische Verriegelung und Spannung/Ausdehnung,
Löten,
Schweißen,
Kleben, Sintern und Schmieden umfasst, mit dem Schleifbereich 12 integriert
werden.
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Zum
Extrahieren der Scheibe 10 aus dem Bahnenmaterial 51 ist
die Verwendung von Schneidmaschinen mit einem Schneidmedium, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass es sich zwischen 3 und 5 Freiheitsgraden
bewegen kann, vorteilhaft. Zum Beispiel ein Laser oder ein Wasserstrahl
mit Düsen,
die sich in 5 Freiheitsgraden bewegen können.
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Die
erste und die zweite Außenplatte 53 bzw. 55 können durch
bekannte Verfahren aus Stahl, Aluminium, Bronze, Harz oder einem
anderen im Wesentlichen starren Material hergestellt werden. Bei
der Herstellung der Platten 53 und 55 wird die
Innenfläche 53a der
ersten Platte 53 vorzugsweise in einem Winkel θ zur Außenfläche 53b davon
abgewinkelt, und die Innenfläche 55a der
zweiten Platte 55 wird vorzugsweise in einem Winkel θ zur Außenfläche 55b davon
abgewinkelt.
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Als
Alternative dazu kann ein ringförmiger
Schleifbereich aus einem Schleifmaterialbahnenmaterial vor dem Sintern
der ersten Stützplatte 14 und
zweiten Stützplatte 16 damit
ausgeschnitten werden. Die erste Stützplatte 14 und die
zweite Stützplatte 16 können auch
vor dem Sintern hergestellt werden. Dann kann der ringförmige Schleifbereich
mit den Stützplatten 14 und 16 geschichtet
und unter Druck gesintert werden, um eine Schleifscheibe gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen.
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Bei
einem zweiten alternativen Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe
mit einem geneigten Schleifbereich gemäß der vorliegenden Erfindung
werden eine obere Platte und eine untere Platte hergestellt, die
jeweils parallele Innen- und Außenflächen aufweisen.
Dann kann das Bahnenmaterial 51 zwischen der oberen und
der unteren Platte eingeklemmt und gesintert werden. Danach kann
eine Bohrung, mit der die Schleifscheibe auf einer Drehwelle angebracht
werden soll, in einem sich von 90 Grad unterscheidenden Winkel zur
Innen- und Außenfläche der
oberen und der unteren Platte ausgebildet werden. Die Scheibe könnte während der
Montage wahlweise abgerichtet werden.
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Bei
einem dritten alternativen Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe
gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Schleifbereich aus dem Bahnenmaterial 51 hergestellt,
in dem sich die Schichten aus Schleifteilchen in einem Winkel zwischen
0 Grad und 180 Grad exklusive zur im Wesentlichen parallelen Ober- und
Unterseite des Schleifbereichs erstrecken. Solch ein Schleifbereich
kann durch Schneiden des Schleifbereichs aus einem Bahnenmaterial
wie zum Beispiel dem Bahnenmaterial 51 unter Verwendung
von Schnitten, die in einem Winkel zwischen 0 Grad und 180 Grad
zu einer Ober- und Unterseite des Bahnenmaterials 51 verlaufen,
hergestellt werden. Der Schleifbereich kann vorzugsweise zwischen
der oberen und der unteren Stützplatte
eingeklemmt werden, die jeweils eine im Wesentlichen parallele Innen-
und Außenfläche aufweisen.
Vorzugsweise kann eine Bohrung durch die Stützplatten und den Schleifbereich
im Wesentlichen senkrecht zur Ober- und Unterseite des Schleifbereichs
ausgebildet werden. Auf diese Weise führt eine durch die Bohrung
hindurch angeordnete Drehwelle dazu, dass die Schleifscheibe einen
Schleifbereich mit Schichten aus Schleifteilchen aufweist, die sich
in einem Winkel zwischen 0 Grad und 180 Grad exklusive zu einer
senkrecht zu einer Drehachse des Schleifscheibe verlaufenden Ebene
befinden.
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Nach
der Herstellung der Scheibe 10 unter Verwendung eines beliebigen
der oben beschriebenen Verfahren kann die Schleiffläche 18 unter
Verwendung bekannter Prozesse abgerichtet werden, um sich von dem Rest
des Außendurchmessers 24 der
Scheibe 10 nach innen auszukehlen oder zu krümmen, wie
in 1 gezeigt. Des Weiteren kommt in Betracht, die
Scheibe 10 so abzurichten, dass sie je nach Bedarf einer
besonderen Anwendung andere Formen von Schleifflächen aufweist. Zu Beispielen
gehören
konvexe, konkave und kompliziertere Flächen, wie zum Beispiel eine „S-Kurve".
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Bei
einem anderen Verfahren zur Herstellung der Scheibe 10 mit
einer konkave, konvexen oder anderen Schleiffläche 18 werden verschiedene
Ringe oder Ränder
mit verschiedenen Durchmessern aus dem Bahnenmaterial 51 extrahiert
und die Ringe dann gestapelt. Zum Beispiel können zur Herstellung einer
Scheibe mit einer konkaven Schleiffläche Ringe mit verschiedenen
Außendurchmessern
aus dem Bahnenmaterial 51 extrahiert werden. Dann können die
Ringe auf einem Kern gestapelt werden, so dass die sich ergebende Scheibe
die gewünschte
konkave Form aufweist.
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7 ist
eine Draufsicht laminierten Bahnenmaterials 51. Bei der
Ausführungsform
nach 7 ist das laminierte Bahnenmaterial 51 quadratisch
mit einem Vorderrand 37 und einem Seitenrand 38.
Jedoch liegen auch andere Formen von laminiertem Bahnenmaterial 51 im
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Das Bahnenmaterial 51 besteht
aus mehreren Dickenschichten. Jede Dickenschicht enthält vorzugsweise
eine Schicht aus Bindemittel und eine Schicht aus Schleifteilchen.
Des Weiteren kann jede Dickenschicht aus Bahnenmaterial 51 eine
Schicht aus porösem
Material und/oder Haftsubstrat enthalten.
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8 ist
eine auseinander gezogene Vorderansicht des Vorderrands 37 des
Bahnenmaterials 51, die die Aufstapelung von Dickenschichten
zeigt, die bei der Herstellung des Bahnenmaterials 51 verwendet
werden können.
Zur Veranschaulichung der Ausführungsform
nach 8 besteht das Bahnenmaterial 51 nur aus drei
Dickenschichten 40, 42 und 44. Jedoch
kann das Bahnenmaterial 51 aus einer anderen Anzahl von
Dickenschichten bestehen und wird vorzugsweise aus 2 bis 10 000
Schichten gebildet. Jede Dickenschicht 40, 42, 44 enthält eine
Bindemittelschicht 50, 52 bzw. 54, eine
Schicht 60, 62 bzw. 64 aus porösem Material
und eine Schleifteilchenschicht 70, 72 bzw. 74,
die Schleifteilchen 90 enthält. Jede Dickenschicht 40, 42 und 44 kann
des Weiteren Haftschichten 80, 82 bzw. 84 enthalten,
die auf einer Fläche
der Schichten 60, 62 bzw. 64 aus porösem. Material
angeordnet werden und jeweils mindestens eine Fläche aufweisen, die einen Haftklebstoff
enthalten. Jede Klebstofffläche
der Haftschichten 80, 82 und 84 werden
an den porösen
Schichten 60, 62 bzw. 64 angeordnet.
Wenn die Schleifteilchen 90 der Schleifteilchenschichten 70, 72 und 74 in
den Öffnungen der
porösen
Schichten 60, 62 bzw. 64 angeordnet werden,
kleben auf diese Weise die Schleifteilchen 90 an den Haftschichten 80, 82 und 84,
so dass die Schleifteilchen 90 in den Öffnungen der porösen Schichten 60, 62 und 64 festgehalten
werden. Es versteht sich, dass die oben erwähnten porösen Schichten aus zum Beispiel
maschenartigen Materialien (z. B. Maschengewebe und -vliesstoffe,
metallischen und nicht metallischen Maschenmaterialen), aufgedampften
Materialien, Pulvern oder Pulverfasermaterialen und Grünlingen
ausgewählt
werden können,
von denen beliebige Poren oder Öffnungen
enthalten, die über
das ganze Material verteilt sind. Des Weiteren versteht sich, dass
die Reihenfolge oder Anordnung der verschiedenen Schichten anders
als die gezeigte sein kann.
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Die
poröse
Schicht kann von der Haftschicht getrennt oder entfernt werden,
nachdem die Schleifteilchen von der Haftschicht aufgenommen worden
sind. Die Verwendung von Haftsubstraten zum Festhalten von in einem
Sinterprozess zu verwendenden Schleifteilchen wird in der
US-PS 5,380,390 von Tselesin
und
US-PS 5,620,489 von
Tselesin offenbart.
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Die
Dickenschichten
40,
42 und
44 werden
durch den Oberstempel
84 und den Unterstempel
85 unter Bildung
eines gesinterten laminierten Bahnenmaterials
51 komprimiert.
Wie oben erwähnt,
sind für
die vorliegende Erfindung geeignete Sinterprozesse in der Technik
bekannt und werden zum Beispiel in der
US-PS 5,620,489 von Tselesin beschrieben.
Obgleich
8 eine einzige Bindemittelschicht
für jede
Dickenschicht
40,
42 und
44 zeigt, kommt
auch in Betracht, zwei oder mehr Bindeschichten für jede Dickenschicht
40,
42 und
44 anzuordnen.
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Bei
der Durchführung
des obigen Herstellungsprozesses kann das Bindemittel, aus dem die
Bindemittelschichten
50,
52 und
54 bestehen,
ein beliebiges mit den Klebstoffteilchenschichten
70,
72 und
74 sinterbares
Material sein und ist vorzugsweise ein weiches, leicht verformbares
flexibles Material (SEDF = soft easily deformable flexible), dessen
Herstellung in der Technik bekannt ist und in der
US-PS 5,620,489 offenbart wird. Solche
SEDF können
durch Herstellen einer Paste oder Aufschlämmung aus Bindemittel oder
Pulver, wie zum Beispiel Wolframkarbidteilchen oder Kobaltteilchen,
und einer Bindemittelzusammensetzung, die einen Klebstoff wie einen
Kautschuklebstoff und einen Verdünner
wie einen Kautschukklebstoffverdünner
enthält,
hergestellt werden. Des Weiteren können gegebenenfalls Schleifteilchen
in der Paste oder Aufschlämmung
enthalten sein. Aus der Paste oder Aufschlämmung wird ein Substrat hergestellt,
das erstarrt und bei Raumtemperatur oder mit Hitze zur Verdampfung
der flüchtigen
Komponenten der Bindemittelphase ausgehärtet wird. Das bei der in
5 gezeigten Ausführungsform verwendete SEDF
zur Bildung der Bindemittelschichten
50,
52 und
54 kann
Methylethylketon, Toluen, Polyvinylbutyral, Polyethylenglycol und
Dioctylphthalat als Bindemittel und ein Gemisch aus Kupfer, Eisen,
Nickel, Zinn, Chrom, Bor, Silizium, Wolframkarbid, Titan, Kobalt
und Phosphor als Bindemittelmatrixmaterial enthalten. Einige der
Lösungsmittel
werden nach dem Aufbringen trocknen, während die verbleibenden organischen
Stoffe beim Sintern ausbrennen. Ein Beispiel für eine genaue Zusammensetzung
eines SEDF, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann, wird unten in den Beispielen angeführt. Komponenten für die Zusammensetzung
solch eines SEDF sind bei vielen Lieferanten erhältlich, einschließlich: Sulzer
Metco, Inc. mit Sitz Troy, MI; All-Chemie, Ltd. mit Sitz in Mount
Pleasant, Sc; Transmet Corp. mit Sitz in Columbus, OH; Valimet,
Inc., mit Sitz in Stockton, CA; CSM Industries mit Sitz in Cleveland,
OH; Engelhard Corp. mit Sitz in Seneca, SC; Kulite Tungsten Corp.
mit Sitz in East Rutherford, NJ; Sinterloy, Inc. mit Sitz in Selon
Mills, OH; Scientific Alloys Corp. mit Sitz in Clifton, NJ; Chemalloy
Company, Inc. mit Sitz in Bryn Mawr, PA; SCM Metal Products mit
Sitz im Research Triangle Park, NC; F. W. Winter & Co. Inc. mit
Sitz in Camden, NJ; GES Chemicals Inc. mit Sitz in Powell, OH; Aremco
Products mit Sitz in Ossining, NY; Eagle Alloys Corp. mit Sitz in
Cape Coral, FL; Fusion, Inc. mit Sitz in Cleveland, OH; Goodfellow,
Corp. mit Sitz in Berwyn, PA; Wall Colmonoy mit Sitz in Madison
Hts, MI und Alloys Metals, Inc. mit Sitz in Troy, MI. Des Weiteren
sei darauf hingewiesen, dass nicht jede das Bahnenmaterial
36 bildende
Bindemittelschicht die gleiche Zusammensetzung aufweisen muss; es
kommt auch in Betracht, dass eine oder mehrere Bindemittelschichten
verschiedene Zusammensetzungen aufweisen.
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Das
poröse
Material kann praktisch ein beliebiges Material sein, solange es
im Wesentlichen porös
ist (ca. 30% bis 99,5% Porösität) und vorzugsweise
mehrere nicht willkürlich
beabstandete Öffnungen
aufweist. Geeignete Materialien sind organische oder metallische
Maschenvliesstoffe oder -gewebe, wie zum Beispiel Kupfer-, Bronze-,
Zink-Stahl- oder Nickeldrahtgeflechte, oder Fasergeflechte (zum
Beispiel Kohlenstoff oder Graphit). Besonders geeignet zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung sind Drahtgeflechte aus rostfreiem
Stahl, expandierte Metallmaterialien und maschenartige organische
Stoffe mit niedriger Schmelztemperatur. Bei der in 8 gezeigten
Ausführungsform
wird ein Geflecht aus einem ersten Satz von parallelen Drähten, die
zur Bildung der porösen
Schichten 60, 62 und 64 senkrecht mit
einem zweiten Satz von paralllen Drähten überkreuzt werden, gebildet.
Die genauen Abmessungen eines Drahtgeflechts aus rostfreiem Stahl, das
bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird unten
in dem Beispiel offenbart.
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Wie
in 9 gezeigt, bei der es sich um eine Draufsicht
einer einzigen porösen
Schicht 60 des Bahnenmaterials 51 handelt, in
der die Schleifteilchen 90 angeordnet sind, kann ein erster
Satz von parallelen Drähten 61 parallel
zum Vorderrand 37 des Bahnenmaterials 51 und der
zweite Satz von parallelen Drähten 69 parallel
zum Seitenrand 38 angeordnet werden. Wie in 10 gezeigt,
ist es jedoch auch möglich,
die poröse
Schicht so abzuwinkeln, dass die Sätze von parallelen Drähten 61 und 69 in
einem Winkel von ca. 45 Grad zum Vorderrand 37 und Seitenrand 38 angeordnet
sind. Des Weiteren kommt in Betracht, das Bahnenmaterial 51 mit
einigen Schichten, die die Konfiguration von 10 verwenden,
und einigen Schichten, die die Konfiguration von 9 verwenden,
auszubilden.
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Die
Schleifteilchen 90 können
aus einem beliebigen relativ harten Stoff hergestellt werden, der
superabrasive Teilchen, wie zum Beispiel Diamant, kubisches Bornitrid,
Borsuboxid, Borkarbid, Siliziumkarbid und/oder Gemische davon enthält. Vorzugsweise
werden als Schleifteilchen 90 Diamanten verwendet, deren Durchmesser
und Form derart ist, dass sie in die Löcher des porösen Materials
passen. Des Weiteren kommt die Verwendung von Schleifteilchen in
Betracht, die etwas größer sind
als die Löcher
des porösen
Materials und/oder Schleifteilchen, die klein genug sind, dass mehrere
Teilchen in die Löcher
des porösen
Materials passen.
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Die
Haftschichten 80, 82 und 84 können aus
einem Material hergestellt werden, das ein ausreichendes Haftvermögen aufweist,
um die Schleifteilchen zumindest vorübergehend festzuhalten, wie
zum Beispiel ein flexibles Substrat mit einem Haftklebstoff darauf.
Solche Substrate mit Klebstoffen sind in der Technik wohlbekannt.
Der Klebstoff muss in der Lage sein, die Schleifteilchen während der
Vorbereitung festzuhalten, und sollte während des Sinterschritts vorzugsweise
aschfrei ausbrennen. Ein Beispiel für einen geeigneten Klebstoff ist
ein Haftklebstoff, der gemeinhin als Book Tape Nr. 895 von der Firma
Minnesota Mining and Manufacturing Company (St. Paul, MN) bezeichnet
wird.
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In
den 11–17 wird
eine andere Schleifscheibe gezeigt. In sämtlichen 11–17 werden ähnliche
Elemente mit gleichen Zahlen bezeichnet. 11 zeigt
eine Schleifscheibe 110 mit einer ersten Stützplatte 114,
einer zweiten Stützplatte 116 und
einen dazwischen eingeklemmten Schleifbereich 112. Die Schleifscheibe 110 ist
allgemein zylindrisch und weist eine Bohrung 120 auf, die
durch ihre Ober- und Unterseite hindurch verläuft. Wie die Scheibe 10 kann
die Scheibe 110 über
die Bohrung 120 auf einer (nicht gezeigten) drehbaren Welle
angebracht und um die Drehachse 123 gedreht werden. Der
Schleifbereich 112 weist eine im Wesentlichen zylindrische
Schleiffläche 118 auf,
die sich um eine Umfangsfläche 124 der
Scheibe 110 erstreckt. Im Gegensatz zum Schleifbereich 12 der
Scheibe 10 sind die Oberseite 131 und die Unterseite 133 des
Schleifbereichs 112 in der Darstellung im Wesentlichen
auf eine Ebene ausgerichtet, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 123 der
Scheibe 110 verläuft.
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Der
Schleifbereich 112 besteht aus Schleifsegmenten 113,
die im Wesentlichen planare, parallele Schichten 126 aus
Schleifteilchen aufweisen können,
die in 11 gestrichelt dargestellt sind.
Es ist jedoch auch möglich,
nicht parallele Schichten oder Schichten, die möglicherweise nicht parallel
sind, aber den Konturen irgendwelcher benachbarten Schichten folgen,
vorzusehen. Die Schleifsegmente 113 sind umfangsmäßig um den
Außenumfang
der Scheibe 110 beabstandet und werden zwischen der ersten
Stützplatte 114 und der
zweiten Stützplatte 116 gestützt. Durch
das Vorsehen mehrerer einzelner Schleifsegmente 113 können vorteilhafterweise
Lücken 119 zwischen
benachbarten Schleifsegmenten 113 bestehen. Wie in 11 gezeigt, sind
die Lücken 119 im
Wesentlichen rechteckig und erstrecken sich zwischen der Ober- und
der Unterseite 131 bzw. 133 in einem Winkel, der
sich von 90 Grad unterscheidet, dazu. Die Segmente 113 und
Lücken 119 sollten
so angeordnet werden, dass, bevor ein Werkstück beim Schleifen Kontakt mit
einem ersten Segment 113 verliert, es mit einem benachbarten
Segment 113 in Kontakt kommt. Dadurch kann vorteilhafterweise durch
Schleifen eines Werkstücks
gegen die Scheibe 110 erzeugter Lärm oder dadurch erzeugtes „Rattern" verringert werden.
Des Weiteren kommt jedoch in Betracht, dass sich die Lücken 119 zwischen
der Ober- und Unterseite 131 bzw. 133 in
einem Winkel von im Wesentlichen 90 Grad dazu erstrecken.
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Wie
in 12 gezeigt, bei der es sich um eine Schnittansicht
der Scheibe 110 entlang der Schnittlinie 12-12 von 11 handelt,
weist die Scheibe 110 radiale Verteilungskanäle 117 auf.
Wie in den 13 und 14 gezeigt,
bei denen sich um Schnittansichten der Scheibe 110 entlang
den Schnittlinien 13-13 bzw. 14-14 von 12 handelt,
werden die radialen Verteilungskanäle 117 aus allgemein
U-förmigen
Rinnen oder Kanälen 127 und 129 gebildet,
die in den Stützplatten 114 bzw. 116 geschnitten
sind. Die radialen Verteilungskanäle 117 erstrecken
sich vorzugsweise von einem kreisförmigen Verteilungskanal 121 in
der Nähe
der Mitte des Rads 110 radial nach außen zu einem Umfangsverteilungskanal 125.
Der kreisförmige
Kanal 121 ist vorzugsweise so in den Stützplatten 114 und 116 von
allgemein U-förmigen
Rinnen 127 und Kanälen 129 geformt, dass
er sich um einen Innenumfangsrand 111 der Scheibe 110 herum
erstreckt. Der Umfangsverteilungskanal 125 verläuft radial
hinter den Schleifsegmenten 113 oder innerhalb dieser.
Ein Schmiermittel, wie zum Beispiel Wasser, kann unter Druck in
den kreisförmigen
Verteilungskanal 121 gespeist werden und so durch die radialen
Verteilungskanäle 117 in
den Umfangsverteilungskanal 125 strömen. Dann wird das Schmiermittel
durch die Lücken 119 zwischen
den Segmenten 113 gezwängt,
um die Schleiffläche 118 beim
Schleifen zu schmieren. Als Alternative dazu können die Segmente 113,
wie in den 11 und 12 gezeigt, Öffnungen 130 enthalten,
die den Umfang der Scheibe 110 mit dem Verteilungskanal 125 in
Strömungsverbindung
setzen und durch die Schmiermittel beim Schleifen der Schleiffläche 118 zugeführt werden
kann. Die Öffnungen 130 können die
verschiedensten Formen aufweisen, zum Beispiel kreisförmig, quadratisch,
polygonal oder beliebiger anderer Form sein. Jede Öffnung 130 kann
durch die ganze Dicke des Segments 113 konisch zulaufen.
Die Scheibe 110 kann Öffnungen 130 entweder
mit oder ohne Lücken 119 enthalten.
Entweder mit oder ohne die Öffnungen 130 kann
die Scheibe 110 mit einer Schleifmaschine mit mittlerer
Wasserzufuhr verwendet werden. Die Verwendung eines Schmiermittels
auf der Schleiffläche 118 beim
Schleifen kann die Nutzlebensdauer der Scheibe 110 verlängern und
die Oberflächenbeschaffenheit
des Werkstücks
verbessern. Obgleich die in 12 gezeigte
Ausführungsform
4 radiale Verteilungskanäle 117 enthält, liegt
es auch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, weniger oder
mehr als 4 Kanäle 117 vorzusehen.
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Die
Verteilungskanäle 121, 117 und 125 sind
aus allgemein U-förmigen
Rinnen 127 und 129 gebildet, die maschinell aus
Innenflächen
der Platten 114 bzw. 116 herausgearbeitet oder
dort auf andere Weise hergestellt werden. Wenn die Platten 114 und 116 übereinander
angebracht sind, sind die Rinnen 127 und 129 zur Bildung
der Kanäle 121, 117 und 125 ausgerichtet.
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Wie
in 13 gezeigt, ist die Scheibe 110 zur Zuführung eines
Schmiermittels in den kreisförmigen Verteilungskanal 121 auf
einer Spindel 190 angebracht. Die Spindel 190 enthält einen
Flansch 191, einen Längsverteilungskanal 193 und
einen Querverteilungskanal 192. Die Scheibe 110 liegt
so auf dem Flansch 191 auf, dass der Querverteilungskanal 192 auf
den kreisförmigen
Verteilungskanal 121 ausgerichtet ist und in Strömungsverbindung
mit ihm steht. Der Längsverteilungskanal 193 schneidet
den Querverteilungskanal 192 und steht mit ihm in Strömungsverbindung.
Der Längskanal 193 mündet an
einem Ende der Spindel 190 an der Kupplung 194.
Die Kupplung 194 gestattet die Verbindung der Spindel 190 mit
einer Wasserzufuhrschnauze 195, so dass sich die Spindel 190 um
die Drehachse 123 auf der Schnauze 195 drehen
kann, und der Längskanal 193 kann
mit dem Innenkanal 196 der Schnauze 195 in Strömungsverbindung
abgedichtet sein. Solche abgedichteten Verbindungen sind in der
Technik bekannt. Die Spindel 190 kann sich mit der Scheibe 110 drehen,
so dass Schmiermittel durch den Innenkanal 196, durch den
Längskanal 193 in
den Querkanal 192 und in den kreisförmigen Verteilungskanal 121 gespeist
werden kann. Des Weiteren kommt in Betracht, dass sich die Scheibe 110 bezüglich der
Spindel 190 dreht. Die Spindel 190 kann aus Stahl
oder einem anderen starren Material gebildet sein, und die Verteilungskanäle 192 und 193 können durch
Bohren oder andere bekannte Verfahren dadurch ausgebildet sein.
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Ein
alternatives Verfahren der Zuführung
von flüssigem
Schmiermittel durch Verteilkanäle
in einer Schleifscheibe wird in den 15 und 16 gezeigt. 15 ist
eine als Schnitt entlang der gleichen Schnittlinie wie die Schnittansicht
der in 12 gezeigten Schleifscheibe 110 ausgeführte Draufsicht
einer Schleifscheibe 410 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie die Schleifscheibe 110 weist die Schleifscheibe 410 Schleifsegmente 413,
die um einen Umfang davon angeordnet sind, einen Umfangsverteilungskanal 425,
der sich radial hinter oder in den Schleifsegmenten 413 erstreckt,
und radiale Verteilungskanäle 417,
die mit dem Umfangsverteilungskanal 425 in Strömungsverbindung
stehen, auf. Die Schleifscheibe 410 weist jedoch einen kreisförmigen Verteilungskanal 421 auf,
der entlang der Oberseite 431 der Scheibe 410 mündet. Wie
in 16 gezeigt, bei der es sich um eine Schnittansicht
der Scheibe 410 entlang der Schnittlinie 16-16 von 15 handelt,
steht der kreisförmige
Verteilungskanal 421 mit den radialen Verteilungskanälen 417 in
Strömungsverbindung.
Somit kann flüssiges
Schmiermittel über
eine stationäre
Schnauze 495 in den kreisförmigen Verteilungskanal 421 gespeist
werden, während
die Scheibe 410 durch die Spindel oder drehbare Welle 490 gedreht
wird, und den Verteilungskanälen 417 durch
den Umfangsverteilungskanal 425 und durch die Lücken 419 und/oder Öffnungen
(nicht gezeigt) in den Segmenten 413 zugeführt werden,
um. die Schleiffläche
der Scheibe 410 zu schmieren. Die Scheibe 410 kann
auf im Wesentlichen die gleiche Weise wie die Scheibe 110 hergestellt
werden.
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Nunmehr
erneut auf die Scheibe 110 Bezug nehmend, kann der Schleifbereich 112,
wie oben erwähnt, aus
Schleifsegmenten 113 mit Schichten 126 aus Schleifteilchen
hergestellt werden. Vorzugsweise sind die Schichten 126 im
Wesentlichen planar und parallel, müssen dies aber nicht sein.
Darüber
hinaus können
die Schichten aus Schleifteilchen 126 so angeordnet werden,
dass sie sich in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebenen
befinden. Wie in 17 gezeigt, bei der es sich
um eine Teilvorderansicht der Scheibe 110 mit den Schleifteilchen 134 und
den Schleifteilchenschichten 126a, 126b und 126c handelt,
die zur Veranschaulichung übertrieben
dargestellt sind, werden die Schleifteilchenschichten 126a, 126b und 126c in
einer im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 123 verlaufenden
Ebene gezeigt. Zur Gewährleistung
eines vollständigen
und glatten Abriebs sind die Schichten 126a, 126b und 126c jedoch
in einer Axialrichtung (Richtung der Drehachse 123) zwischen
Segment eins 113 und einem anderen Segment 113 versetzt.
Das heißt,
die Schichten 126 sind nicht umfangsmäßig von einem Segment 113 zu
einem benachbarten Segment 113 ausgerichtet. Es kommt jedoch
in Betracht, nicht die Schleifteilchenschichten 126 zwischen
benachbarten Segmenten axial zu versetzen, sondern zum Beispiel
eher zwischen jedem zweiten oder dritten Segment. Es ist allein
erforderlich, dass die Schleifteilchenschichten 126 in
einem oder mehreren Segmenten um den Umfang der Scheibe 110 axial
versetzt sind.
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Da
die Schleifteilchenschichten 126 nicht umfangsmäßig ausgerichtet
sind, gilt dies auch für
die Bereiche aus Bindemittel 128 zwischen den Schichten 126.
Beim Schleifen eines Werkstücks
gegen die Schleiffläche 118 wird
demgemäß die Wahrscheinlichkeit,
dass ein oder mehrere Teile der Oberfläche des gerade geschliffenen
Werkstücks
nur Bindemittelbereiche 128 oder nur Schleifteilchenschichten 126 berühren, verringert
und kann auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit
verringert, dass sich auf der Oberfläche des gerade geschliffenen
Werkstücks
Riefen oder andere Oberflächenanomalien
bilden, und die Bildung einer glatten Fläche auf dem Werkstück erleichtert.
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Eine
Erläuterung,
wie eine umfangsmäßige Fehlausrichtung
von Schleifteilchensegmenten 113 in der Scheibe 110 das
Schleifen einer glatten Oberfläche
an einem Werkstück
erleichtert, kann unter Bezugnahme auf 17 erfolgen. 17 ist
eine zur Veranschaulichung übertrieben
dargestellte schematische Vorderansicht dreier Segmente 113a, 113b und 113c mit
den Schleifteilchenschichten 126a, 126b bzw. 126c und
Bindemittelbereichen 128a, 128b bzw. 128c.
In der schematischen Darstellung von 17 beträgt die axiale Höhe 169 des
Schleifbereichs 112 ca. das Sechsfache des Durchmessers 168 der
Schleifteilchen (oder Dicke der Schleifteilchenschichten), die die
Schleifteilchenschichten 126a, 126b und 126c bilden.
Der Abstand 167 zwischen den Schleifteilchenschichten beträgt in der
Darstellung ca. das Zweifache des Durchmessers 168.
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Das
Segment 113a ist so ausgebildet und in der Scheibe 110 angeordnet,
dass eine der beiden Schleifteilchenschichten 126a eine
Unterseite 133 des Schleifbereichs 118 bildet.
Das Bindemittel stellt eine Oberseite 131 des Schleifbereichs 118 bereit
und erstreckt sich axial zur Schleifteilchenschicht 126,
die am nächsten
zur Oberseite 131 liegt. Das Segment 113b ist
so in der Scheibe 110 ausgebildet und angeordnet, dass
eine der beiden Schleifteilchenschichten 126b in einem
Abstand 179 von der Unterseite 133 des Schleifbereichs 118 angeordnet
ist. Der Abstand 179 ist vorzugsweise gleich dem Schleifteilchendurchmesser 168. Das
Bindemittel füllt
den Bereich zwischen der Unterseite 133 und der Schleifteilchenschichten 126b,
die am nächsten
zur Unterseite 133 liegt. Des Weiteren füllt das
Bindemittel den Bereich zwischen der Oberseite 131 und
der Schleifteilchenschicht 126b, die am nächsten zur
Oberseite 131 liegt. Das Segment 113c ist so in
der Scheibe ausgebildet und angeordnet, dass eine der beiden Schleifteilchenschichten 126c die
Oberseite 131 des Schleifbereichs 118 definiert.
Das Bindemittel füllt
den Bereich zwischen der Unterseite 133 und der Schleifteilchenschicht 126c,
die am nächsten
zur Unterseite 133 liegt. Der Übersicht halber enthalten die
Segmente 113a, 113b und 113c bei der
in 17 gezeigten Ausführungsform jeweils nur zwei
Schleifteilchenschichten 126a, 126b bzw. 126c.
Jedoch kommt auch in Betracht, mehr als zwei Schleifteilchenschichten
pro Segment vorzusehen. Des Weiteren kann die Dicke jeder Schleifteilchenschicht
und/oder der Durchmesser der verwendeten Schleifteilchen zwischen
Segmenten und innerhalb von Segmenten variieren.
-
Durch
Versetzen der Schleifteilchenschichten 126a, 126b bzw. 126c wie
in 17 gezeigt schneidet jede durch den Schnitt einer
senkrecht zur Drehachse 123 verlaufenden Ebene und eines
vollen Umfangs des Schleifbereichs 118 definierte Bahn 132 eine
Schleifteilchenschicht 126 von mindestens einem Schleifsegment 113.
Dies bedeutet, dass im Wesentlichen eine ganze Fläche eines
Werkstücks,
die mit der Schleiffläche 118 in
Kontakt steht, während
die Scheibe 110 gedreht wird, eine Schleifteilchenschicht 126a, 126b oder 126c schneidet.
Wie oben erwähnt,
wird dadurch das Bilden eines glatten Rands oder einer glatten Oberfläche an einem
Werkstück
erleichtert.
-
Die
Folge von versetzten Schleifteilchenschichten braucht nicht der
gezeigten entsprechen. Es ist nur wichtig, dass zum Erreichen des
glatten Abriebs einer Werkstückfläche der
axiale Abstand der Schleiffläche 118 mindestens
eine Schicht von Schleifteilchen aufweisen sollte, damit er überbrückt wird.
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Aufgrund
von Herstellungsschwankungen kann eine genaue Steuerung der Dicke
der Schleifteilchenschichten 126 und des Bindemittelbereichs 128 sowie
ihre Ausrichtung schwierig sein. Demgemäß kann eine Herstellung der
Scheibe 110 genau nach der Darstellung von 17 schwer
zu erreichen sein. Somit können die
Schleifteilchenschichten 126a, 126b und 126c dicker
ausgebildet werden, um ihre Überlappung
zwischen Segmenten weiter zu erleichtern. Darüber hinaus besteht die Scheibe 110 vorzugsweise
aus mehr als drei Segmenten und kann mit so vielen Segmenten hergestellt
werden wie um den Umfang der Scheibe 110 aufgenommen werden
können.
Dies erzeugt eine größere Anzahl
von Schleifrändern
von Schleifschichten 126, über die ein Werkstück über eine
einzige Drehung der Scheibe 110 passieren muss.
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Die
Segmente 113 können
extrahiert, das heißt
aus dem laminierten Bahnenmaterial 51 geschnitten werden,
wie in 7 in Durchsicht gezeigt. Das laminierte Bahnenmaterial 51 sollte
vor jeglichem Extrahieren zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig gesintert
werden. Die erste und die zweite Stützplatte 114 bzw. 116 sind
massiv und können
aus Stahl, Harz oder einem anderen im Wesentlichen starren Material
hergestellt werden, wie in der Technik bekannt. Die Rinnen 127 und 129 können, wie
bekannt, maschinell herausgearbeitet, geformt oder auf andere Weise
in den Platten 114 bzw. 116 ausgebildet werden.
Die Öffnung 121 kann
durch Bohren oder durch ein anderes bekanntes Verfahren in der Platte 114 ausgebildet
werden. Die Segmente 113 werden dann zwischen den Platten 114 und 118 gestapelt
und gelötet
oder vorzugsweise damit unter Druck gesintert. Wenn die Segmente 113 mit
den Stützplatten 114 und 116 gestapelt
werden, ist die Rinne 127 in der Stützplatte 114 axial
auf die Rille 129 in der Stützplatte 116 ausgerichtet,
so dass die Kanäle 117 und 125 gebildet
werden, wie in den 12, 13 und 14 gezeigt.
Die Segmente 113 können
auch durch Klebstoff, Löten,
Schweißen
(einschließlich
Laserschweißen)
oder ein anderes bekanntes Mittel zwischen den Platten 114 und 116 befestigt
werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei Sintern der Segmente 113 mit
den Platten 114 und 116 dieser Sinterprozess zusätzlich zu
dem oben ausführlich
angeführten
Sinterprozess, der zur Herstellung des Bahnenmaterials 51,
aus dem die Segmente 113 geschnitten werden können, durchgeführt werden
kann. Die Bohrung 120 kann durch Bohren oder einen anderen
bekannten Prozess entweder vor oder nach dem Sintern der Platten 114 und 116 mit
den Segmenten 113 hergestellt werden.
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Zur
Herstellung von Segmenten 113 mit verschiedenen Abständen zwischen
Schleifteilchenschichten, wie zum Beispiel der Segmente 113a, 113b und 113c,
die in 17 gezeigt werden, können die
Segmente aus verschiedenen laminierten Bahnenmaterialien mit verschiedenen
Abständen
zwischen den Schichten 126 geschnitten werden. Des Weiteren
sind in einigen Fällen,
wie zum Beispiel bei den Segmenten 113a und 113c, die
Segmente einander gleich, oder sie sind in der Scheibe 110 umgekehrt.
Demgemäß kommt
in Betracht, solche Segmente aus dem gleichen Bahnenmaterial herzustellen
und das eine oder das andere vor der Endmontage der Segmente mit
den Platten 114 und 116 umzudrehen.
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Zur
Herstellung von laminierten Bahnenmaterialien, wie zum Beispiel
des Bahnenmaterials 51, die aber verschiedene Abstände zwischen
Schleifteilchenschichten aufweisen, können vor dem Sintern zur Herstellung
eines Bahnenmaterials, wie zum Beispiel des Bahnenmaterials 51,
mehr oder weniger Bindemittelschichten, wie zum Beispiel die Schichten 50, 52 oder 54,
die in 8 gezeigt werden, zwischen Schleifteilchenschichten
angeordnet werden. Die Anzahl von Bindemittelschichten, die zur
Erzeugung eines gegebenen Abstands zwischen Schleifteilchenschichten
erforderlich ist, kann empirisch bestimmt werden.
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Des
Weiteren kommt in Betracht, eine Scheibe 110 mit Schleifsegmenten,
wie zum Beispiel den Schleifsegmenten 113 herzustellen,
bei der sich die Schleifteilchenschichten in einem Winkel zwischen
0 Grad und 180 Grad zu einer senkrecht zur Drehachse der Schleifscheibe 110 verlaufenden
Ebene befinden. Es ist wichtig, das die Schleiffläche 118 bei
Drehung um die Drehachse 123 einen Rand einer Schleifteilchenschicht 116 über einen
axialen Abstand überstreicht,
der an einer beliebigen gegebenen Stelle größer ist als die axiale Dicke
des Rands.
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Es
versteht sich, dass die segmentierte Ausführung der Scheibe 110 auch
mit Schleifsegmenten wie den Segmenten 113 hergestellt
werden kann, die Schleifteilchen aufweisen, welche willkürlich darin
verteilt sind, wie im Absatz Hintergrund der Erfindung besprochen.
Obgleich Segmente wie die Segmente 113 mit willkürlich verteilten
Teilchen nicht die Vorteile der Segmente 113 mit Schichten
aus Schleifteilchen aufweisen würden,
würde die
Herstellung einer Scheibe wie der Scheibe 110 unter Verwendung
von Segmenten mit willkürlich
verteilten Teilchen noch immer beim Schleifen die Verteilung von
flüssigem
Schmiermittel zur Schleiffläche der
Scheibe unter Verwendung einer Schleifscheibe mit Kanälen wie
den Kanälen 117, 121 und 125 gestatten.
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18 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Elemente in 18, die
gemäß ihrer
Funktion jenen der 1 und 2 ähneln, werden
mit gleichen Bezugszahlen plus 200 bezeichnet. 18 zeigt
die Scheibe 210 mit gestapelten Schleifsegmenten 213a und 213b zwischen
der oberen und unteren Stützplatte 214 bzw. 216.
Durch Stapeln der Schleifsegmente 213a und 213b kann
eine axial dickere Schleifscheibe hergestellt werden. Jedoch kann
ein solches Stapeln der Segmente 213a und 213b dazu führen, dass
Riefen 247 dazwischen gebildet werden. Zur Verringerung
der Gefahr, dass Riefen 247 in einem Werkstück eine
erhabene Lippe bilden, können
die Segmente 213a und 213b gestapelt werden, wobei
die schmalen Segmente 213a die Positionen mit dickeren
Segmenten 213b zwischen um den Umfang benachbarten Segmenten
abwechseln. Auf diese Weise werden die Riefen 247 in einer
Axialrichtung um den Umfang der Schleifscheibe 218 herum
versetzt. Durch axiales Versetzen der Riefen 247 wird die
Wahrscheinlichkeit, dass die Riefen bei einer ganzen Drehung der
Scheibe 210 ein Werkstück
berühren
verringert, wodurch die Gefahr der Bildung einer erhabenen Lippe
auf der Werkstückoberfläche verringert
wird. Die Scheibe 210 kann auf im Wesentlichen die gleiche
Weise wie die Scheibe 110 hergestellt werden.
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19 ist
eine Schnittansicht der Scheibe 210 entlang der Linie 19-19
von 18. 19 zeigt eine mögliche Konfiguration
für das
vertikale Stapeln der Schleifsegmente 213a und 213b.
Wie gezeigt, stehen die Schleifsegmente 213a und 213b durch
Keilverzahnung miteinander in Eingriff. Das Ineinandergreifen der Schleifsegmente 213a und 213b nach
der Darstellung bringt den Vorteil mit sich, dass eine sicherere
Befestigung der Segmente 213a und 213b zum Abstützen der
Platten 214 und 216 bereitgestellt wird. Des Weiteren kommt
in Betracht, dass die Schleifsegmente 213a und 213b in
irgendeiner anderen Form miteinander in Eingriff gebracht werden.
Weiterhin kommt in Betracht, dass die Segmente 213a und 213b sich
nur an einer Stumpfverbindung treffen, ohne irgendwelche Keilverzahnungen.
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20 ist
eine Vorderansicht einer anderen Schleifscheibe. In 20 weist
die Scheibe 510 einen Schleifbereich 512 auf,
der vorzugsweise zwischen einer ersten Stützplatte 514 und einer
zweiten Stützplatte 516 eingeklemmt
ist, was aber nicht unbedingt erforderlich ist. Der Schleifbereich 512 enthält eine äußere Schleiffläche 518,
die ein im Wesentlichen zylindrisches Band sein kann, das sich um
den Umfang der Schleifscheibe 510 erstreckt. Die Scheibe 510 weist
eine Drehachse 523 auf.
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Wie
der Schleifbereich 12 der Scheibe 10 besteht der
Schleifbereich 512 aus gestrichelt dargestellten harten
oder Schleifteilchenschichten 526, die von Verbindungsmaterialbereichen 528 umgeben
sind. Die Schleifteilchenschichten 526 sind jedoch nicht
im Wesentlichen planar, sondern sie sind so konfiguriert, dass sie
einen sinusförmig
freigelegten Rand entlang der Schleiffläche 518 aufweisen.
Auf diese Weise überstreicht die
Schleiffläche 518,
wenn sie um die Drehachse 523 gedreht wird, einen Rand
einer Schleifteilchenschicht 526 über einen axialen Abstand,
der größer ist
als die axiale Dicke des Rands an einer beliebigen Stelle am Rand.
Des Weiteren schneidet mindestens eine durch den Schnitt einer senkrecht
zur Drehachse verlaufenden Ebene und der Schleiffläche definierte
Bahn mindestens eine Schicht aus Schleifteilchen an mindestens drei Stellen.
Des Weiteren kann bei der in 20 gezeigten
Schleifscheibe um den Umfang der Scheibe 510 herum der
Abstand in Axialrichtung zwischen zwei benachbarten Schleifteilchenschichten
im Wesentlichen konstant bleiben, was aber nicht unbedingt der Fall
sein muss.
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Darüber hinaus
können
sich die Spitzen eines jeglichen ersten Schleifteilchenschichtrands
zu einem Punkt erstrecken, der axial auf einer Ebene mit oder über den
Rillen eines anderen Schleifteilchenschichtrands neben und über dem
ersten Schleifteilchenschichtrand liegt. Auf diese Weise schneidet
irgendeine durch den Schnitt einer senkrecht zur Drehachse der Scheibe 510 und
eines vollen Umfangs des Schleifbereichs 512 definierte
Bahn mindestens eine Schleifteilchenschicht 526. Des Weiteren
kommt in Betracht, dass die Schleifteilchenschichten 526 Ränder aufweisen,
die andere Konfigurationen wie Sägezahnwellen
oder unregelmäßig glatte
Wellen bilden.
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Zur
Herstellung der Scheibe 510 mit Rändern der Schleifteilchenschicht 526,
die in einer Wellenform vorliegen, wie in 20 gezeigt,
werden die Schichten, die den Schleifbereich 412, das heißt die Bindemittelschichten 50–54,
die harten oder Schleifteilchenschichten 70–74 und,
falls gewünscht,
die Schichten 60–64 aus
porösem
Material und die Haftschichten 80–84 umfassen, vorzugsweise
in einem einzigen Sinterschritt mit den Stützplatten 514 und 516 gestapelt
und gesintert. Solch ein Sinterprozess kann im Wesentlichen der
gleiche Sinterprozess sein, der zur Herstellung des laminierten
Bahnenmaterials 51 verwendet wird, jedoch würden die
Stützplatten 514 und 516 über bzw.
unter den den Schleifbereich 112 bildenden Schichten gestapelt. werden.
Die Stützplatten 514 und 516 müssen jedoch
keine Innenflächen
aufweisen, die bezüglich
einer parallel zur Drehachse 523 der Scheibe 10 verlaufenden
Ebene abgewinkelt sind. Des Weiteren werden zur Erzeugung der Wellungen
Abstandsstücke 597 vorzugsweise
um den Umfang zwischen den den Schleifbereich 512 bildenden
Schichten und der ersten Stütze 514 und
zwischen den den Schleifbereich 512 bildenden Schichten
und der zweiten Stützplatte 516 beabstandet.
Die Position der Abstandsstücke 597,
die neben der ersten Stützplatte 514 liegen,
kann umfangsmäßig von
der Position der Abstandsstücke 597,
die neben der zweiten Stützplatte 516 liegen,
versetzt sein.
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Eine
Ausführungsform
der Abstandsstücke 597 wird
in einer perspektivischen Ansicht in 21 dargestellt.
Wie gezeigt, ist das Abstandsstück 597 vorzugsweise
konisch und keilförmig
mit einer Vorderseite 597a und einem sich verjüngenden
Schwanz 597b. Nur die Vorderseite 597a ist in 20 zu
sehen. Die Abstandsstücke 597 können aus
einem beliebigen im Wesentlichen starren Material, wie zum Beispiel
Stahl, Aluminium oder Bronze, hergestellt sein. Da die Schichten
des Schleifbereichs 512 jeweils flexibel sind, kann jede Schicht
so geformt werden, dass sie problemlos über oder unter die Abstandsstücke 597 passt,
so dass bei Einklemmung der Schichten des den Schleifbereich 512 bildenden
Materials mit den Abstandsstücken 597 zwischen
den Stützplatten 514 und 516 die
sinusförmigen
Wellungen in den Schichten des den Schleifbereich 512 bildenden
Materials, einschließlich
der Schleifteilchenschichten 526, gebildet werden. Des
Weiteren kommt in Betracht, die Abstandsstücke 597 in anderen
Konfigurationen, zum Beispiel rechteckig, prismenförmig, zylindrisch
oder halbzylindrisch, auszubilden. Nach dem Sintern kann die Scheibe 510 auf
im Wesentlichen die gleiche Weise wie die Scheibe 10 auf
der Drehwelle angebracht werden.
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22 ist
eine Vorderansicht noch einer anderen Schleifscheibe. In 22 enthält die Scheibe 610 einen
Schleifbereich 612, der vorzugsweise zwischen einer ersten
Stützplatte 614 und
einer zweiten Stützplatte 616 angeordnet
ist. Der Schleifbereich 612 enthält eine äußere Schleiffläche 618,
die ein im Wesentlichen zylindrisches Band sein kann, das sich um den
Umfang des Schleifscheibe 610 erstreckt. Die Scheibe 610 weist
eine Drehachse 623 auf.
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Wie
der Schleifbereich 512 der Scheibe 510 besteht
der Schleifbereich 612 aus gestrichelt dargestellten harten
oder Schleifteilchenschichten 626, die von Bindemittelbereichen 628 umgeben
sind. Des Weiteren sind die Ränder
der Schleifteilchenschichten 626 wie die Ränder der
Schleifteilchenschichten 526 in sinusförmigen Wellungen angeordnet,
so dass mindestens ein Rand einer Schleifteilchenschicht an mindestens
zwei Stellen mindestens eine durch den Schnitt einer senkrecht zur
Drehachse verlaufenden Ebene und der Schleiffläche definierte Bahn schneidet.
Der Schleifbereich 612 ist jedoch aus Schleifsegmenten 613 wie
die Schleifsegmente 113 der Scheibe 110 gebildet.
Jedes Segment 613 weist Schleifteilchenschichten 626 auf,
die sich sinusförmig
krümmen
oder wellen. Des Weiteren erstrecken sich wie bei der Scheibe 510 die
Spitzen jedes ersten Schleifteilchenschichtrands zu einem Punkt,
der axial auf einer Ebene mit oder über den Rillen eines anderen
Schleifteilchenschichtrands neben und über dem ersten Schleifteilchenschichtrand
liegt. Demgemäß schneidet
wie bei der Scheibe 510 irgendeine durch den Schnitt einer
senkrecht zur Drehachse der Scheibe 510 und eines vollen
Umfangs des Schleifbereichs 512 definierte Bahn mindestens
eine Schleifteilchenschicht 526. Des Weiteren kommt in
Betracht, dass die Schleifteilchenschichten 626 Ränder aufweisen,
die andere Konfigurationen wie Sägezahnwellen
oder unregelmäßig glatte
Wellen bilden.
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Die
Scheibe 610 kann auf im Wesentlichen gleiche Weise wie
die Scheibe 110 hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass
bei der Herstellung eines laminierten Bahnenmaterials, wie zum Beispiel
des Bahnenmaterials 51, aus dem die Segmente 613 geschnitten
werden, Abstandsstücke 697,
die im Wesentlichen den Abstandsstücken 597 entsprechen
können,
zwischen den Schichten, die das laminierte Bahnenmaterial bilden, und
einem oberen Stempel, wie zum Beispiel dem Stempel 84,
und zwischen den Schichten, die das laminierte Bahnenmaterial bilden,
und einem unteren Stempel, wie zum Beispiel dem Stempel 85,
angeordnet werden. Die Abstandsstücke 697 sind um den
Umfang in einer kreisförmigen
Konfiguration beabstandet so wie die zur Herstellung der Scheibe 510 verwendeten
Abstandsstücke.
Des Weiteren sind die Abstandsstücke 697 neben dem
oberen Stempel bezüglich
der Abstandsstücke
neben dem unteren Stempel um den Umfang versetzt. Die zur Herstellung
der laminierten Bahn verwendeten Schichten werden dann mit den Abstandsstücken zusammen
gesintert. Dann können
die Schleifsegmente 613 aus dem sich ergebenden laminierten
Bahnenmaterial geschnitten werden, wie in 7 gezeigt.
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Beispiel
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Die
folgende Vorgehensweise wurde zur Herstellung einer Schleifscheibe
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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Zwei
Stahlplatten wurden maschinell so bearbeitet, dass die Gesamtabmessungen
der Platten 25,4 cm × 0,476
Dicke (10 Zoll × 10
Zoll × 3/16
Zoll Dicke) bei einer einseitigen Konizität von 0,150 Grad betrugen. Zwischen
diesen beiden Stahlplatten (konische Seite innen und gegenüberliegend)
wurden 34 abwechselnde Schichten aus Metallband und gemustertem
Diamantschleifmaterial auf 25,4 cm (10 Zoll) Nennquadraten ausgerichtet.
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Die
Metallbandschichten bestanden aus einem 1:1-Verhältnis
von Bronze zu Kobalt mit dem Zusatz einer kleinen Menge Niedrigtemperaturlot
und einigen wenigen organischen Bindemitteln, damit das Band handhabbar
ist. Die Zusammensetzung der zur Herstellung der Metallbandschicht
verwendeten Aufschlämmung
war insbesondre wie in der Tabelle unten gezeigt, wobei die Werte
Gewichtsprozente des Stoffes darstellen.
| 38,28 | -- | Kobalt |
| 38,28 | -- | Bronze |
| 2,38 | -- | Nickel |
| 0,195 | -- | Chrom |
| 0,195 | -- | Phosphor |
| 17,74 | -- | 1,5/l
MEK/Toluen |
| 1,387 | -- | Polyvinylbutyral |
| 0,527 | -- | Polyethylenglycol
mit einem Molekulargewicht von ca. 200 |
| 0,877 | -- | Dioctylphthalat |
| 0,132 | | Maisöl |
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Diese
Bänder
wurden so gegossen, dass die Flächendichte
im trockenen Zustand ca. 0,15 g/cm2 (1 g/Zoll2) betrug.
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Zur
Herstellung der Diamantschleifteilchenschichten wurde ein von der
Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company (St. Paul, MN)
unter der Handelsmarke „SCOTCH"-Klebeband vertriebener
Haftklebstoff auf einer Seite eines aus rostfreiem Draht mit einem
Durchmesser von 0,48 mm hergestellten offenmaschigen Siebs mit ca.
107 μm Öffnungen, 165 Öffnungen
pro Quadratzoll, angeordnet.
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Diamantschleifteilchen
mit einer Größe von 170/200
mesh wurden in einem radialen Ringmuster auf die Sieböffnungen
fallen gelassen, so dass die Diamanten auf dem Band haften blieben.
Dies führte
dazu, dass Diamantteilchen den Großteil der Sieböffnungen
einnahmen. Nach dem Aufbringen des radialen Diamantmusters wurden
kleiner Stahlkies zum Ausfüllen
sämtlicher
verbleibender freiliegenden Fläche
verwendet.
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Die
mit Schleifteilchen gefüllten
Siebe und flexiblen Metallpulverbahnen wurden zur Bildung des laminaren
Verbundwerkstoffs übereinander
gestapelt. Nach der Schichtung des Metallbands und Schleifschichten zwischen
den Platten wurde das Teil wie in der folgenden Tabelle gezeigt
gesintert
| Zeit
(s) | Temperatur
(°C) | Druck
(kg/cm2) |
| 0 | 20 | 0 |
| 550 | 420 | 100 |
| 730 | 420 | 100 |
| 950 | 550 | 100 |
| 1030 | 550 | 100 |
| 1210 | 590 | 100 |
| 1240 | 590 | 100 |
| 1980 | 890 | 100 |
| 2400 | 890 | 100 |
| 2410 | 895 | 250 |
| 2520 | 895 | 250 |
| 2860 | 895 | 350 |
| 500 | 20 | 350 |
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Nach
dem Abkühlen
des Endteils wurde die Platte von 25,4 cm × 25,4 cm maschinell bearbeitet,
um den Diamantschleifbereich in Form einer runden Scheibe zu extrahieren.
Dann wurde diese Scheibe ausgewuchtet, abgedreht und auf den Enddurchmesser
von 20,32 cm (8 Zoll) abgerichtet. Des Weiteren wurden geeignete
Befestigungslöcher
eingeführt.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, liegt für
Fachleute auf der Hand, dass Änderungen
an Form und Detail durchgeführt
werden können,
ohne von dem durch die beigefügten
Ansprüche
definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.