DE975627C

DE975627C - Schleifkoerper mit organischer Bindung

Info

Publication number: DE975627C
Application number: DED9802A
Authority: DE
Inventors: Frank J Polch
Original assignee: DEUTSCHE NORTON GmbH
Current assignee: DEUTSCHE NORTON GmbH
Priority date: 1950-07-15
Filing date: 1951-07-14
Publication date: 1962-03-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schleifscheiben und andere feste Schleifkörper, insbesondere auf Schruppscheiben, die zum Abschleifen oder Abschneiden der Grate und Steiger von Gußstücken und zum Glattschleifen von Knüppeln vor dem Walzen oder Ziehen verwendet werden.

Die neue Schleifscheibe ist für die meisten Schleifvorgänge brauchbar, zu denen gewöhnlich Scheiben mit kristallinem Aluminiumoxyd als Schleifmittel verwendet werden, liefert dabei aber bessere Ergebnisse. Besonders wird auch eine Erhöhung des Wirkungsgrades und der Wirtschaftlichkeit der Schleifarbeit erreicht.

Die neuen Körper betreffen mit organischen Polymerisaten bzw. Kondensationskunstharzen gebundene Schleifscheiben besonders hoher Qualität.

Diese Scheiben gehören zu der Gruppe, bei der als Bindung Phenolharz, Anilinformaldehydharz, natürlicher Kautschuk oder einer der Kautschukersatzstoffe Butadien-Acrylnitril- und Butadien-Styrol-Mischpolymerisat verwendet wird. Die organischen Stoffe dieser Gruppe sind insofern verwandt, als jede von ihnen ein dichtes, hartes Bindemittel für die Erzeugung dauerhafter Schleifscheiben zum Schleifen harter Werkstoffe, wie verschiedener Stahlsorten ergibt. Der Kautschuk enthält genügend Schwefel zur Bildung eines Hartgummis, und die Kautschukersatzstoffe enthalten für denselben Zweck genügend Querverbindungen. Diese Bindemittel werden für die Erzeugung der großen Mehrzahl organisch gebundener Schleifscheiben verwendet. Der Hartgummi ist genügend hart,

209 532Π

wenn der Schwefelgehalt ein Drittel des Gewichtes des Kautschuks ist, und die Butadien-Acrylnitril- und Butadien-Styrol-Polymerisate sind auch genügend hart, wenn der Schwefelgehalt mindestens ein Drittel des Gewichtes des Polymerisats ausmacht. Es wird jedoch ein Schwefelgehalt von etwa der Hälfte des Kautschukgewichtes und im Falle von Polymerisaten von etwa 37% des Gewichtes dieser Stoffe vorgezogen, weil sich hierbei ein Sättigungszustand ergibt. Im Falle von Phenolharz und von Anilinformaldehydharz genügt es, wenn genügend Querverbindungen bestehen, um diese Harze thermoirreversibel zu machen, weil sie dann genügend hart sind. Erfindungsgemäß besteht das Schleifmittel für die Schleifscheiben aus geschmolzener Zirkonerde, die ebensogut als Zirkonoxyd bezeichnet werden kann. Die chemische Formel ist ZrO₂. Diese geschmolzene Zirkonerde ist in ihren physikalischen Eigenschaften, besonders in den Schleifeigenschaften, völlig verschieden von dem Mineral Baddeleyit, das in der Natur in Form kleiner Kiesel in Flußbetten gefunden wird, sowie auch von dem mehr oder weniger reinen Zirkonoxyd, das durch chemische Verfahren hergestellt wird, zu denen gewöhnlich das Ausfällen des Zirkonoxyds aus einer Lösung gehört. Viel von dem Zirkonoxyd des Handels ist auf chemischem Wege aus Zirkonsand gewonnen. Zirkon, dessen empirische Formel ZrSiO₄ lautet, ist Zirkoniumsilikat und wird in verschiedenen Gebieten gefunden. Es kommt als Strandsand vor, und sein Anfall ist viel größer als der von Baddeleyit. Es hat sich jedoch erwiesen, daß weder Baddeleyit noch chemisch erzeugtes Zirkonoxyd die physikalischen Eigenschaften und die sich daraus ergebenden Schleifeigenschaften von geschmolzener Zirkonerde haben. Der Begriff »geschmolzene Zirkonerde« soll nicht auf ein Gewinnungsverfahren hindeuten, aber es gibt keine andere Bezeichnung für das Material, das als solches in seinen Eigenschaften von Baddeleyit und chemisch erzeugtem Zirkonoxyd abweicht.

Im Gegensatz zu Aluminiumoxyd, bei dem Korund und geschmolzene Tonerde als Schleifmittel im wesentlichen gleichwertig sind, haben sich sowohl Baddeleyit als auch chemisch erzeugtes Zirkonoxyd gegenüber der geschmolzenen Zirkonerde und auch gegenüber geschmolzener Tonerde als weit unterlegen erwiesen, während die geschmolzene Zirkonerde auch der geschmolzenen Tonerde für viele Sehleifarbeiten stark überlegen ist, obgleich sie dieser in der Härte nachsteht, die nur 7,65 gemäß der Mohschen Skala gegenüber 9 von geschmolzener Tonerde beträgt. Geschmolzene Zirkonerde für die Herstellung von Schleifscheiben gemäß der Erfindung kann in einem elektrischen Lichtbogenofen der in der USA.-Patentschrift 775 654 beschriebenen Art erzeugt werden. Öfen dieser Art mit einem Eisenmantel, der vollständig mit Wasser berieselt wird, sind seit der Erteilung des genannten Patents dauernd in Gebrauch und sind jedem Elektrochemiker bekannt. Eine Ofenmischung von Zirkonerz, Koks, Eisenspänen und Calciumoxyd wird zubereitet. Verschiedene Zirkonerze oder teilweise gereinigte Zirkonerdepulver können Verwendung finden. Die Erze sind hauptsächlich Zirkonerze und Zirkiterze. Die Ergebnisse von Analysen dieser Erze liegen gewöhnlich in folgenden Grenzen:

Tabelle 1

ZrO₂ 65 bis 95%

SiO₂ 3 bis 35%

Fe₂O₃ 0,1 bis 6%

TiO₂ 0,1 bis 2%

Die für das Ofengemisch vorgesehene Kohlenstoffmenge sollte zwei Drittel der theoretischen Kohlenstoffmenge betragen, die für die vollständige Reduktion der Kieselsäure erforderlich ist, zuzüg-Hch 100% der für die Reduktion aller anderen Oxyde (mit Ausnahme des Zirkonoxyds) zu Metall erforderlichen theoretischen Menge, zuzüglich eines etwa 20⁰/oigen Überschusses über all diese Mengen. Diese Menge kann von der oben angegebenen ohne Überschuß bis zur oben angegebenen mit 40% Überschuß verändert werden. Der Grund, weshalb nur zwei Drittel der für die vollständige Reduktion der Kieselsäure theoretisch erforderlichen Kohlenstoffmenge vorgesehen ist, liegt darin, daß go gefunden wurde, daß etwa ein Drittel des Siliciumoxyds während des Ofenganges sich verflüchtigt. Andererseits ist der erwähnte Überschuß deshalb vorgesehen, weil ein Teil des Kokses durch Verbindung mit anderem als dem durch Reduktion der Oxyde entstehenden Sauerstoff verbraucht wird.

Ein bestimmtes Zirkonerdeerz ergab folgende Analyse:

labelle 2

Verbrennungsverlust 1,17 Teile

ZrO₂ 74,35 Teile

SiO₂ 18,25 Teile

Fe₂O₃ 3.19 Teile

TiO₂ 1,50 Teile

Insgesamt .... 98,46 Teile

Andere verwendete typische Erze haben folgende Analysen ergeben:

- Tabelle 3

ZrO₂
SiO₂
Fe₂O₃
TiO.,

Baddeleyit

(Kiesel)

Vo

81,60
6,27

5.54
1,00

70 bis 79

12 bis 18

3 bis 6

ι bis 2

Zirkon

65 bis 67 30 bis 34 0,1 bis 0,5 o,i bis 1,0

Führt man die stöchiometrischen Berechnungen durch, und Avendet man die obige Regel von zwei Drittel und von 20% Überschuß an, so würde die

gemäß der Zusammensetzung des Erzes nach Tabelle 2 erforderliche Kohlenstoffmenge etwa 6,γ°/ο des Erzgewichtes sein. Die genaue Menge von benötigtem Koks würde von der Menge nicht flüchtigen Kohlenstoffes in der besonderen Kokssorte abhängig sein.

Die Menge von Eisen in Form von Spänen oder in anderer Form muß so groß sein, daß es mit dem Silicium, das durch Reduktion von Kieselerde entsteht, ein Siliciumeisen mit einem Eisengehalt von 75 bis 85% bildet. Es ist daran zu erinnern, daß etwa ein Drittel der Kieselsäure sich verflüchtigt, so daß die erzeugte Siliciummenge nur zwei Drittel von der Menge ist, die im Kieselsäuregehalt des Erzes vorhanden ist. Der Zweck des Eisens ist die Erzeugung einer Verbindung mit dem Silicium zu Siliciumeisen, einer Legierung, die ein viel höheres spezifisches Gewicht als elementares Silicium hat und infolgedessen auf den Boden des Ofens nieder-

ao sinkt und nach der Verfestigung einen Siliciumeisenkuchen bildet, der auch andere Reduktionserzeugnisse enthält und leicht von dem übrigen Teil des Blockes getrennt werden kann. Würde die Mischung kein Eisen enthalten, so würde das Silicium als solches vorhanden sein und infolge seines niedrigeren spezifischen Gewichtes nicht restlos in den Kuchen übergehen. Bei der Berechnung der zu verwendenden Eisenmenge ist das durch Reduktion des Eisenoxydes erzeugte freie Eisen zu berücksichtigen, so daß die erwähnten 75 bis 85% das gesamte Eisen, d.h. sowohl das durch Reduktion des Oxydes erzeugte als das in Form von Spänen usw. zugegebene Eisen darstellen. Die zuzusetzende Eisenmenge genügt daher, um zusammen mit zwei Dritteln des im Erz vorhandenen Siliciums ein Siliciumeisen zu erzeugen mit einem Eisengehalt von 75 bis 85% abzüglich der Eisenmenge, die durch Reduktion des im Erz enthaltenen Eisenoxyds zu Eisen erhalten wird, und dabei muß selbstverständlich, wie oben gezeigt, berücksichtigt werden, daß ein kleiner Prozentsatz von Eisenoxyd in dem Enderzeugnis \'erbleibt.

Die zuzusetzende Menge von Kalk als Stabilisierungsmittel sollte 3 bis 6% der ZrO₂-Menge im Erz betragen. Das Stabilisierungsmittel verursacht bei Anwendung in diesem Bereich das vorwiegende Kristallisieren der Zirkonerde nach dem kubischen System, während bei Verwendung einer geringeren Menge des Stabilisierungsmittels vorwiegend monokline Kristalle entstehen.

Die Durchführung des Ofenganges kann in folgender Weise erfolgen:

Ein normaler Lichtbogenofen, wie er zum Schmelzen von Aluminiumoxyd dient, kann verwendet werden, und zwar zweckmäßig in einer Größe, die zur Erzeugung eines Aluminiumoxydblockes von etwa 11 t ausreicht. Eine etwa 60 cm hohe Schicht des Gemisches wird auf den Kohlenboden des Ofens aufgegeben; dann werden Brücken aus grobem Koks unmittelbar unter den Elektroden angebracht, um einen Weg zwischen den Elektroden oder ■— im Falle von drei Elektroden — Wege zwischen je zwei Elektroden zu bilden. Die Elektroden werden gesenkt, bis sie mit den Koksbrücken in Berührung treten. Der Strom folgt dann diesen Brücken, bis ein genügender Teil des Gemisches geschmolzen ist, um seinerseits die elektrische Belastung aufzunehmen. Das Ofengemisch wird von Zeit zu Zeit ergänzt, um nur eine dünne Schicht von ungeschmolzenem Gemisch auf der Oberfläche des sich allmählich vergrößernden Bades von geschmolzenem Gut aufrechtzuerhalten, bis schließlich der Ofen mit geschmolzenem Gut angefüllt ist. Sodann entfernt man die Elektroden und läßt den Ofeninhalt sich abkühlen. Ist der Block genügend erstarrt, so daß keine Gefahr eines Entweichens von geschmolzenem Gut aus ihm durch einen Riß oder auf andere Weise besteht, wird der Ofenmantel von dem Block abgehoben, und sodann wird nach weiterer Abkühlung der Block mit Hilfe von Zuschlaghämmern oder Brechern aufgebrochen. Der in der Hauptsache aus Siliciumeisen bestehende Metallkuchen, der auch etwas Titan und andere reduzierte Erzeugnisse enthält, wird auf dem Boden des Blockes gefunden und als Nebenerzeugnis verkauft oder für einen anderen Zweck verwendet. Der Rest des Erzeugnisses ergibt etwa folgende Analyse:

Tabelle 4

ZrO₂+ CaO 97 bis 99%

SiO₂ 0,14bis 0,70%

Fe₂O₃ 0,20 bis 0,70%

Ti O₂ 0,30 bis 1,00%

Das gebrochene Gut wird zur Beseitigung von Resten ungeschmolzenen Gutes und von Siliciumeisen von Hand sortiert. Sodann wird das Gut zu Kornform zerkleinert, zweckmäßig zu Korngrößen von Nr. 4 abwärts. Schließlich erfolgt eine magnetische Scheidung zur Entfernung von Metall, das etwa beim Sortieren nicht entfernt wurde oder beim Zerkleinerungsprozeß hineingeraten ist. Das Erzeugnis wird unter oxydierenden Bedingungen bei einer Temperatur von 1400 bis 1450° C mehrere Stunden lang geglüht, um irgendwelche Spuren von rückständigem Kohlenstoff oder reduzierten Oxyden zu entfernen. Das Gut ist nun bereit für die Verarbeitung zu Schleifscheiben.

Für die vorstehend und in den Beispielen dargestellten Herstellungsverfahren wird an dieser Stelle kein Schutz beansprucht.

Das auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugte Gut ist stabilisierte geschmolzene Zirkonerde. Würde derselbe Ofengang durchgeführt werden unter Verwendung derselben Ofencharge unter Fortlassung des Kalkes, so würde unstabilisierte geschmolzene Zirkonerde erzeugt werden. Beide können im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Geschmolzene Zirkonerde, die überhaupt keinen Kalk und kein anderes Stabilisierungsmittel enthält, ist monoklin, während bei Einverleibung von 5% Kalk auf die Menge Zirkonoxyd ZrO₂ in dem Erz die Kristalle kubisch sind.

Für den Zweck der Herstellung feuerfester Gegenstände, wie Steine und andere Formstücke,

zum Gebrauch bei Öfen für hohe Temperaturen, wird vorwiegend kubisch kristallisierte Zirkonerde vorgezogen, weil die monokline Form bei der Verwendung für feuerfeste Gegenstände splittert, aufspaltet, reißt oder rissig wird. Dies erklärt sich daraus, daß die monokline Form von Zirkonerde bei einer Temperatur von etwa iooo° C einer starken Volumenänderung unterliegt und deshalb aus ihr bestehende feuerfeste Gegenstände bei der Abkühlung von über iooo° C auf eine bedeutend niedrigere Temperatur bersten, splittern bzw. brechen. Das ergibt sich daraus, daß monokline Zirkonerde bei einer Temperatur nahe iooo° C ihren kristallinen Zustand in den kubischen verändert und die Kristalle bei Absinken der Temperatur ungefähr bei derselben Temperatur wieder monoklin werden, wodurch es zum Bruch usw. kommt. Enthält jedoch die Zirkonerde etwa S Vo Kalk, so bleiben die Kristalle, die von Anfang an kubische Form haben, bei Abkühlung bis auf Raumtemperatur kubisch. Es hat sich gezeigt, daß für Anwendungsfälle, in denen die Feuerfestigkeit eine Rolle spielt, ein Kalkzusatz von 3 bis 6% der im Erz enthaltenen ZrO₂-Menge zum Ofengemisch zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Die stabilisierte geschmolzene Zirkonerde mit 3 bis 6^fl/o Kalk kann zur Ausführung der Erfindung angewandt werden. Es ist jedoch gefunden worden, daß unstabilisierte geschmolzene Zirkonerde, die keinen Kalk als bewußten Zusatz enthält, wenn auch vielleicht ein Bruchteil von 1 °/o als unvermeidliche Verunreinigung darin enthalten ist, bei der Verwendung als Schleifstoff sogar bessere Ergebnisse zeigt. Der besondere Grund für die Erwähnung der stabilisierten Form von geschmolzener Zirkonerde ist der, daß dieses Material leichter verfügbar ist. Im übrigen kann Zirkonerde auch mit Magnesia oder anderen Erdalkalien stabilisiert werden, nämlich mit Bariumoxyd und Strontiumoxyd. Weniger als 3% eines jeden dieser Stoffe können erfindungsgemäß vorhanden sein, und somit kann die kristalline Zirkonerde durchweg kubisch oder durchweg monoklin oder in beliebigen Verhältnissen zum Teil kubisch und zum Teil monoklin sein und kann in der Ofenmischung durchweg bis zu 6% eines Erdalkalioxydes, auf den ZrO₂-Gehalt des Erzes berechnet, enthalten, was für alle Zwecke einem gleichhohen Gehalt des Erzeugnisses an ZrO₂ entspricht. In jedem Falle ist die Erdalkalioxydmenge bis zu 6% in fester Lösung in den geschmolzenen Zirkonerdekristallen enthalten.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß es zumeist unmöglich ist, Zirkonerde von Hafniumerde, auch bekannt als Hafniumoxyd HfO₂, durch gewöhnliche analytische Methoden zu unterscheiden. Das Material, das im vorstehenden Zirkonerde genannt worden ist, ist also ^rZrO₂ + ^HfO₂- Jedoch ist y sehr klein, so daß aus denselben Erzen wie den oben angegebenen erzeugtes Zirkoniummetall nur etwa 0,5 bis 1,5% Hafnium enthält. Ganz abgesehen vom Hafnium können Verunreinigungen bis zu 3^fl/o geduldet werden. Diese sind gewöhnlich

andere. Oxyde. Das Hafniumoxyd wird nicht als Verunreinigung angesehen, und dasselbe gilt auch von Calciumoxyd oder einem anderen Erdalkalioxyd als Stabilisierungsmittel. Es ist möglich, ein Material von höherem Reinheitsgrad als 99% herzustellen. Die bei den bisherigen Anwendungen benutzte, mit Kalk stabilisierte Zirkonerde hatte einen Reinheitsgrad von über 98^/0.

Geschmolzene Zirkonerde, möge sie stabilisiert sein oder nicht, hat eine Härte von etwa 7,65 nach der Mohschen Skala. Die Härten dieses und anderer Stoffe sind in der Knoopschen Skala, der eine Gewichtsbelastung von 100 g zugrunde liegt, vergleichsweise wie folgt angegeben:

Tabelle 5
Knoop-Härte auf Grund von 100 g Belastung

Quarz

Natürliches Baddeleyit ...
Geschmolzene Zirkonerde

Topas

Zirkon

Korund oder hochwertige
geschmolzene Tonerde..

Siliciumkarbid

Diamant

Härtebereich

nach zahlreichen

Versuchen

820

730 bis 1090 880 1090 bis 1270 1160 1340 1280 bis1410 1340

2000 2500

6000 bis 10 000 (geschätzt; nicht bestimmbar in Ermangelung eines härteren Ritzstoffes)

Durchschnittshärte

Geschmolzene Zirkonerde gemäß obiger Beschreibung, stabilisiert oder nicht stabilisiert und kubisch oder monoklin kristallisiert, wird in Bin- i°5 dung mit einem organischen polymeren Bindemittel aus der Gruppe, zu der Phenolharz, Anilinformaldehydharz, natürlicher Kautschuk, Butadien-Styrol-Polymerisat, Butadien-Acrylnitril-Polymerisat und Mischungen von ihnen gehören, als no Schleifkörper verwendet.

Beispiel 1

Es wurden zwei Scheiben hergestellt, die identisch waren mit der Ausnahme, daß das Schleifmittel bei der einen geschmolzene Tonerde, bei der anderen unter Zusatz von 5% Kalk hergestellte stabilisierte geschmolzene Zirkonerde war. Die Porosität beider Scheiben war Null (nach üblicher Berechnung) bei 54 Volumprozent Schleifstoff, so daß das Bindemittel φ^ϋ/α ausmachte. In diesem Zusammenhang wird alles, was weder Schleifmittel noch Porenraum ist, als Bindemittel betrachtet. Die Scheiben hatten einen Durchmesser von etwa 40 cm und eine Dicke von etwa S cm, mit

einem mittleren Loch von 15 cm, und wurden zum Schleifen von rostfestem Stahl der Qualität 18-8, d. h. mit 18% Chrom und 8% Nickel verwendet. Jahrelang wurde als einziges Schleifmittel zum Schleifen von rostfestem Stahl in erheblichem Umfange geschmolzene Tonerde verwendet. Als Bindemittel bei diesen Schleifscheiben wurde von einem einzigen Hersteller viele Jahre lang Phenolharz verwendet, das in gepulverter reaktionsfähiger Form beschafft wurde, und aus einem Kondensationsprodukt von Phenolformaldehyd mit einem kleinen Gehalt von Kresolformaldehyd besteht.

Die Schleifmittelkörner, die in jedem Falle die Siebgröße Nr. 16 hatten, wurden zunächst mit 33 cm³ Furfurol auf 1 kg Phenolharz angefeuchtet; sodann wurde das Bindemittel einschließlich der Füllstoffe, des Blähverhinderungsmittels und des Verbindungsmittels hinzugefügt. Die Füllstoffe waren 15% Eisenpyrit FeS₂ und 15% Kalium-

fluoborat KBF₄, das Blähverhinderungsmittel 8% Kalk CaO und das Verbindungsmittel 10% Vinylidenchlorid nach Volumen in Prozent des Gesamtbindemittels einschließlich der Füll- und Zusatzstoffe. Das mit Furfurol angefeuchtete Schleifmittel wurde in einem Mischer untergebracht, dann wurde das pulvrige Gemisch von Harzbindung, Füll- und Zusatzstoffen hinzugefügt, und später wurde neutrales Kreosotöl in einer Menge von 44 cm³ auf 1 kg Harz zugegeben. Dieses Gemisch wurde in einer Warmpresse bei i6o° C während einer Stunde geformt, worauf eine längere Nachbehandlung bei 175⁰C folgte. Die angegebene Zusammensetzung und das angegebene Verfahren ergeben bei der Verwendung für die Herstellung von Schruppscheiben für das Schleifen von rostfestem Stahl 18-8 ausgezeichnete Resultate.

Das Schleifen geschah mit einer normalen Schwingrahmenschleifmaschine unter Anwendung eines Druckes von 63,5 kg bei einer Umlaufgeschwindigkeit der Scheife von 2900 m/Min. Die Schleifergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben, in der die die geschmolzene Tonerde enthaltende Scheibe mit Al₂O₃ und die die stabilisierte geschmolzene Zirkonerde enthaltende Scheibe mit Zr O₂ + Ca O bezeichnet ist.

Tabelle 6

Scheibe	Scheiben abnutzung Zoll³ je Stunde SchA	Abge nommener Werkstoff engl. Pfund je Stunde AW	Qualität (AW)²	Wirkungs grad AW
Al₂O₃ ZrO₂ + CaO	25,6 13.5	21,3 29,0	SchA	SchA
18 62	O,833 2,15

In dieser Tabelle ist die Qualitätszahl, wie angegeben, der Quotient aus dem Quadrat der Menge des abgenommenen Materials und der Scheibenabnutzung. Dabei ist es unerheblich, daß die Kubikzoll der Schleifscheibe nicht in einem einfachen Verhältnis zum abgenommenen Stahlgewicht stehen, weil schon vor Jahren Schleifscheiben in derselben Weise geprüft worden sind. Durch Erhebung des Gewichts des abgenommenen Werkstoffes ins Quadrat ist der Tatsache Rechnung getragen worden, daß der Wert einer Schleifscheibe nicht allein von der Gesamtmenge des durch sie abgeschliffenen Werkstoffes, sondern auch davon abhängt, wie schnell sie schleift, weil der Zeitaufwand des Arbeiters bezahlt werden muß und überdies ein maßgebender Kostenfaktor in jedem Betrieb ist. Durch jahrelange Erfahrung ist gefunden worden, daß für Schruppzwecke bei rostfestem Stahl unter Verwendung von Scheiben, die durch Phenolharz gebunden sind, die nach der vorliegenden Berechnungsart erhaltene Qualitätszahl den wirklichen Wert der Schleifscheibe angibt. Der Wirkungsgrad gemäß Angabe in der letzten Spalte von Tabelle 6 stellt den Vergleichswert der Scheibe ohne Rücksicht auf Lohn- und Generalunkosten dar und hat daher geringeren Wert, ist aber trotzdem angegeben worden, weil die so errechnete Zahl bisher beim Vergleich von Schleifscheiben angewendet worden ist. Aus beiden Vergleichszahlen ergibt sich jedoch, daß die Scheibe mit geschmolzener Zirkonerde als Schleifmitttel der normalen Scheibe mit geschmolzener Tonerde als Schleifmittel weit überlegen ist.

Beispiel 2

Es wurden zwei Schleifscheiben hergestellt, die wieder, bis auf die Verwendung von geschmolzenem Aluminiumoxyd als Schleifmittel in der einen und von stabilisierter geschmolzener Zirkonerde in der anderen, identisch waren und 56 Volumprozent Schleifmittel, 26 Volumprozent Bindemittel bei i8^fl/o Porosität enthielten. Die Scheiben hatten einen Durchmesser von etwa 40 cm, eine Dicke von etwa 5 cm und ein mittleres Loch von etwa 15 cm und wurden benutzt zum Schleifen von rostfestem Stahl der Qualität 18-8. Das Bindemittel war dasselbe Phenolformaldehydharz wie beim Beispiel 1.

Die Schleifkörner, die in jedem Fall die Siebgröße 16 hatten, wurden zuerst mit flüssigem reaktionsfähigem Phenolformaldehydharz in einer Menge von 20% des Gesamtharzes angefeuchtet, no und dann wurde das Bindemittel einschließlich der Füllmittel zugegeben. Als Füllmittel wurden Kryolith und Kohlenruß in Mengen von 5 bzw. 1,25% des Bindemittels verwendet. Wie beim Beispiel 1 wurde das mit dem Plastizierungsmittel, in diesem Falle flüssigem Harz, angefeuchtete Schleifkorn in eine Mischmaschine gefüllt, dann wurde das pulverförmige Gemisch von reaktionsfähigem Phenolharz und Füllmitteln zugegeben. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis das Schleifmittel das ganze Pulver aufgenommen hatte, worauf neutrales Kreosotöl, in diesem Falle in einer Menge von 66 cm³ auf 1 kg Harz, zugefügt wurde. Die Scheiben wurden kalt gepreßt und dann auf 140⁰ C erhitzt und einige Stunden auf dieser Temperatur gehalten.

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Das Schleifen geschah in derselben Weise wie bei Beispiel i, d.h. auf einer normalen Schwingrahmenschleifmaschine -bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 2900 m/Min, und einer Belastung von 63,5 kg. Die Schleifergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 7 angegeben.

Tabelle 7

Scheibe

Al₂O₃

ZrOp+CaO

Scheibenabnutzung
Zolls je
Stunde

SchA

100,0
86,6

Abgenommener Werkstoff engl, Pfund je Stunde

AV

27,8
33.4

Qualität

SchA

'Wirkungsgrad

AV

SchA

0,278 0,385

Beispiel 3

Es wurden zwei sonst identische Scheiben hergestellt, die eine mit geschmolzener Tonerde, die andere mit derselben stabilisierten geschmolzenen Zirkonerde, wie bei den Beispielen 1 und 2 als Schleifmittel. Sie enthielten 48% Schleifmittel, 52% Bindemittel und keine Poren. Die Scheiben hatten wieder dieselben Abmessungen wie im Beispiel ι und wurden wiederum zum Schleifen von rostfestem Stahl 18-8 benutzt. Die Korngröße des Schleifmittels war Nr. 16.

Das Bindemittel war vulkanisierter Kautschuk, d. h., dem Rohkautschuk in Form von Räucherfellen wurde Schwefel im Verhältnis 66,6% Kautschuk zu 33,3% Schwefel nach Gewicht zugegeben. Ferner wurde noch Kryolith in einer Menge von 50 Volumprozent der Gesamtmenge zugesetzt.

Diese Stoffe wurden zunächst in einem geschlossenen Mischwerk gemischt. Das Gemisch wurde dann einem offenen Knetwerk zugeführt, in dem es mit dem Schleifmittel gemischt wurde. Die so erhaltene Masse wurde in einem Walzwerk bearbeitet, dann geformt und bei 140⁰ C vulkanisiert.

Das Schleifen erfolgte wieder mit 2900 m/Min. Umfangsgeschwindigkeit und 63,5 kg Druck. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.

Tabelle 8	Scheibe	SchA	AV	(AW)²	AV
Al₂O₃ ZrO₂-FCaO -	92,5 76.3	29,8 35,4	SchA	SchA
IO 16	0,322 0,464

Beispiel 4

Die beiden Scheiben des Beispiels 1 wurden in derselben Schwingrahmenmaschine wie dort zum Schleifen von rostfestem Stahl 18-8 unter einem Druck von 90,8 kg weiter benutzt. Bei unveränderter Drehzahl war die Umfangsgeschwindigkeit 'infolge der Abnutzung jetzt etwas kleiner als 2900 m/Min. Die Ergebnisse waren die folgenden:

Tabelle 9

Scheibe	SchA	AV	(AV)² SchA	AV
Al₂O₃ Zr O₂+Ca O	102,0 91,0	54,0 67,0	29 49	SchA
0,529 0,736

Beispiel 5

Die Scheiben der Beispiele 1 und 4 wurden weiter zum Schleifen von gegossenem Kohlenstoffstahl unter einem Druck von 54,5 kg verwendet. Es wurde wieder dieselbe Schwingrahmenschleifmaschine wie bei den Beispielen 1 und 4 benutzt. Die Scheiben waren jetzt so abgenutzt, daß die Umfangsgeschwindigkeit nur noch etwa 2350 m/Min, betrug. Die Ergebnisse waren die folgenden:

Tabelle ίο	Scheibe	SchA	AV	(AV)²	AV
Al₂O₃....... ZrO₂+CaO	17.3 4.0	19,4 15.5	SchA	SchA
ON tO 0 to	1,12 3.87

Tabelle 11

Scheibe SchA

AV

(AV)²
SchA

Schleifen von rostfestem Stahl

Al₂O₃

ZrOg+CaO

37.0	34,8	33
16,5	36,4	80
' "5.5	26,8	130

0,94

2,2
4.9

Beispiel 6

Drei Scheiben, die eine mit geschmolzener Tonerde, die zweite mit stabilisierter geschmolzener Zirkonerde (5% Kalk), die dritte mit unstabilisierter geschmolzener Zirkonerde als Schleifmittel, aber sonst identisch, wurden hergestellt. Bei praktisch völliger Porenfreiheit enthielten sie 54% Schleifmittel und somit 46% Bindemittel. Die Maße waren wieder etwa 40 cm Durchmesser, 5 cm Breite und 15 cm Lochweite. Es wurden rostfester Stahl 18-8 und auch Stahlguß geschliffen. Als Bindung diente dasselbe Phenolharz wie im Beispiel 1; auch die Korngröße des Schleifmittels, die Füllstoffe, die Blähverhinderungsmittel, das Verbindungsmittel und das Herstellungsverfahren entsprachen denen des Beispiels 1.

Das Schleifen wurde ausgeführt mit einer Schwingrahmenschleifmaschine unter einem Druck von 79,5 kg bei.einer Umfangsgeschwindigkeit von 2900 m/Min., die in jeder Hinsicht als besonders vorteilhaft angesehen wird. Die Ergebnisse sind die folgenden:

AV

SchA

Scheibe

SchA

AW

(AW)²
"SchA

AW
SchA

Schleifen von Stahlguß

Al₂O₃

ZrO₂ i-CaO
ZrO₂

35,6	39,5	44
10,2	24,0	56
3,4	17,2	87

Beispiel 7

Es wurden drei im übrigen identische Scheiben hergestellt, von denen die eine geschmolzene Tonerde, die zweite stabilisierte geschmolzene Zirkonerde (mit 5% CaO) und die dritte Baddeleyit als Schleifmittel enthielt. In allen übrigen Punkten entsprachen sie denen des Beispiels 6. Jedoch geschah das Schleifen, das auch auf einer normalen Schwingrahmenmaschine mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 2900 m/Min, ausgeführt wurde, unter einem Druck von 63,5 kg. Es wurde rostfester Stahl 18-8 geschliffen. Die Ergebnisse waren:

Tabelle 12	Scheibe	SchA	AW	(AW)²	AW
Al₂O₃ ZrO₂ + CaO Baddeleyit..	15,4 7,4 8,3	18,6 25,7 10,9	SchA	SchA
23 89 14	1,2 3.47 1.3

Es sind also überlegene Schleifergebnisse erzielt worden bei der Verwendung von Zirkonerde als Schleifmittel mit Bindung durch Phenolharz und Naturkautschuk. Für die Herstellung von Schleifscheiben gibt es zwei kautschukähnliche Stoffe, die in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften dem Naturkautschuk nahe kommen und zur Herstellung von Schleifscheiben verwendet werden, die solchen mit Naturkautschukbindung sehr ähnlich sind. Diese Stoffe sind Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat und Butadien-Styrol-Mischpolymerisat. Da Schleifscheiben unter Verwendung von Anilinformaldehyd als Bindemittel hergestellt worden sind, und da Versuche ergeben haben, daß deren Eigenschaften etwa in der Mitte zwischen denen von phenolharzgebundenen und kautschukgebundenen liegen, kann auch Anilinformaldehydharz als Bindemittel für die Herstellung von Schleifscheiben mit Zirkonerde-Schleifmittel verwendet werden. Hierzu folgende Beispiele :

Beispiel 8

2,9 kg Butadien-Acrylnitril - Mischpolymerisat mit etwa 85% Butadien und 15% Acrylnitril werden in einem Walzwerk mit 1,4 kg Schwefel und 2,68 kg Kryolith gemischt. 3,22 kg dieses Bindemittels werden sodann in einem Walzwerk mit 13,7 kg geschmolzener Zirkonerde Korn 16 gemischt. Es wird vorzugsweise unstabilisierte Zirkonerde verwendet, wenn sie zur Anfügung steht. Das Gemisch wird sodann zu einer Platte von 2,5 cm Dicke ausgewalzt. Aus dieser wird eine Scheibe von 20 cm Durchmesser herausgeschnitten, die in einer Form von 20 cm Durchmesser und 2,5 cm Höhe unter einem Druck von 320 kg/cm² bei 170⁰ C während einer Stunde gepreßt wird. Man erhält so eine ausgezeichnete Schleifscheibe für rostfesten Stahl und andere harte dichte Stähle. Solche Scheiben sind infolge der Heißpressung praktisch unporös.

Beispiel 9

Zur Herstellung einer Schleifscheibe für dieselben Zwecke wie im Beispiel 8 kann man dasselbe Verfahren und dieselben Stoffe wie dort anwenden, jedoch unter Ersatz von Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat durch Butadien-Styrol-Mischpolymerisat aus 75% Butadien und 25% Styrol. Das Erzeugnis wird gleichfalls unporös.

Beispiel 10

Für die Herstellung einer Schleifscheibe mit Anilinformaldehyd als Bindemittel können die folgenden Bestandteile gemischt werden:

Tabelle 13

Geschmolzene Zirkonerde Korn 16 13.48 kg

Pulverförmiges Anilinformaldehydharz .. 1,59 kg

Kryolith 2,13 kg

Furfurol 350 ecm

3,18 kg dieses Gemisches werden in einer Form von 20 cm Durchmesser ausgebreitet und mit 320 kg/cm² bei 170⁰C 1 Stunde gepreßt, zur Erzielung einer Schruppscheibe von 20 cm Durchmesser und 2,5 cm Dicke. Das mittlere Loch kann natürlich nach Wunsch sein, was auch für die Bei- ^l°5 spiele 8 und 9 gilt. Die Scheibe eignet sich ausgezeichnet zum Schleifen von hartem, z. B. rostfestem Stahl und auch von weichen Stählen, z. B. Gußstählen. Auch hier ist die Scheibe porenfrei.

In den Beispielen ist durchweg Bindemittel Korn 16 verwendet worden, weil dies eine der bevorzugten Schleifkorngrößen für Schruppscheiben zum Schleifen von rostfestem Stahl und Gußstahl ist, und weil es erwünscht war, die mit diesem Korn begonnene Versuchsreihe mit möglichst vielen konstanten Faktoren durchzuführen. Indessen ist die Erfindung in keiner Weise auf irgendeine besondere Korngröße der geschmolzenen Zirkonerde beschränkt, vielmehr können Schleifscheiben mit organischem polymeren! Bindemittel der oben angegebenen Arten laufend mit allen Korngrößen von 8 bis 220 und selbst mit noch feinerem Korn versehen sein. Natürlich sind auch den Scheibengrößen, -dicken und -formen keine Grenzen gesetzt. Für das Spalten von Stahlfedern sind z. B. bereits gummigebundene Scheiben von nur

Claims

ο, 15 mm Dicke hergestellt worden; Die Erfindung betrifft natürlich auch andere Schleifkörper, z. B. Scheibensegmente, Rutschersteine.

Auch in bezug auf das Verhältnis von Schleifmittel, Bindemittel und Poren besteht keine Beschränkung. Gewöhnlich bildet praktisch ein Porenraum von 50% des Gesamtvolumens die obere Grenze bei Verwendung der angegebenen organischen polymeren Bindemittel, während andererseits im Rahmen der Erfindung im wesentlichen porenfreie Schleifkörper bleiben. Entsprechend der ständigen Praxis bewegt sich der räumliche Schleifmittelgehalt zwischen 40 und 60% und der Bindemittelgehalt zwischen 10 und 60%. In den obigen Zahlenangaben wird alles, was nicht Schleifmittel und Porenraum ist, einschließlich der Füllstoffe, als Bindemittel gerechnet.

Taten ta ns ρ rüche:

i. Schleifkörper mit organischer Bindung, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schleifmittel kristalline geschmolzene Zirkonerde und als Bindemittel ein oder ein Gemisch von mindestens zwei organischen polymeren Bindemitteln bzw. Kondensationskunstharzen enthält, und zwar hitzehärtbares Anilinformaldehydharz, hitzehärtbares Phenolformaldehydharz, vulkanisierten Naturkautschuk, der mit mindestens einem Drittel seines Gewichtes Schwefel vulkanisiert ist, vulkanisiertes Butadien-Styrol-Mischpolymerisat, das mit mindestens einem Gewichtsdrittel Schwefel vulkanisiert ist, oder vulkanisiertes Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat, das mit mindestens einem Gewichtsdrittel Schwefel vulkanisiert ist.
2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn aus unstabilisierter Zirkonerde in monokliner Kristallform besteht.
3. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkorn aus stabilisierter Zirkonerde in kubischer Kristallform besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 662 636, 593 499, 354844, 230757, 647918, 648834, 629087, 716760, 930.

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