DE975627C - Schleifkoerper mit organischer Bindung - Google Patents
Schleifkoerper mit organischer BindungInfo
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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:
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.,
SiO2
Fe2O3
TiO.,
Baddeleyit
(Kiesel)
Vo
81,60
6,27
6,27
5.54
1,00
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:
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 6fl/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 3fl/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
Knoop-Härte auf Grund von 100 g Belastung
Quarz
Natürliches Baddeleyit ...
Geschmolzene Zirkonerde
Geschmolzene Zirkonerde
Topas
Zirkon
Korund oder hochwertige
geschmolzene Tonerde..
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.
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 φϋ/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.
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.
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
i8fl/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.
Scheibe
Al2O3
ZrOp+CaO
Scheibenabnutzung
Zolls je
Stunde
Zolls je
Stunde
SchA
100,0
86,6
86,6
Abgenommener Werkstoff engl, Pfund
je Stunde
AV
27,8
33.4
33.4
Qualität
SchA
'Wirkungsgrad
AV
SchA
0,278 0,385
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 |
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:
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 |
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 |
Scheibe SchA
AV
(AV)2
SchA
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
4.9
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
"SchA
AW
SchA
SchA
Schleifen von Stahlguß
Al2O3
ZrO2 i-CaO
ZrO2
ZrO2
35,6 | 39,5 | 44 |
10,2 | 24,0 | 56 |
3,4 | 17,2 | 87 |
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 :
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.
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.
Für die Herstellung einer Schleifscheibe mit Anilinformaldehyd als Bindemittel können die folgenden
Bestandteile gemischt werden:
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 (3)
- 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.© 209 532/7 3.62
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US975627XA | 1950-07-15 | 1950-07-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE975627C true DE975627C (de) | 1962-03-08 |
Family
ID=22264035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DED9802A Expired DE975627C (de) | 1950-07-15 | 1951-07-14 | Schleifkoerper mit organischer Bindung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE975627C (de) |
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- 1951-07-14 DE DED9802A patent/DE975627C/de not_active Expired
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