EP1851004B1

EP1851004B1 - Schleifkörper und deren herstellung

Info

Publication number: EP1851004B1
Application number: EP06707659A
Authority: EP
Inventors: Diethard Sinram; Peter Alfer
Original assignee: Rud Starcke GmbH and Co KG
Current assignee: Rud Starcke GmbH and Co KG
Priority date: 2005-02-19
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-01-03
Also published as: BRPI0606537A2; CN1993207A; WO2006087247A1; ES2374564T3; CN1993207B; ATE526113T1; BRPI0606537B1; MX2007003143A; US20080064312A1; PL1851004T3; EP1851004A1; DE102005007661A1; HK1102006A1; US8021450B2

Description

Die Erfindung betrifft Schleifkörper vorzugsweise eines Schleifwerkzeuges, wobei es sich insbesondere um Schleifwerkzeuge handelt, bei denen die Schleifkörper auf einem Träger stoffschlüssig fixiert sind. Die Träger können bevorzugt flexibel sein und die jeweiligen Schleifwerkzeuge in Form zum Beispiel von Bändern oder Plättchen (Pads) ausgebildet sein.
So ist in DE 26 08 273 A ein blatt- oder bandförmiges Schleifwerkzeug sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Schleifwerkzeuge bekannt. Außerdem wird darin darauf hingewiesen, dass bei solchen Schleifwerkzeugen Schleifkörper in Kugelform, die über den ganzen Durchmesser mit organischen Bindemitteln durchsetzt sind, eingesetzt werden sollen.
Die Herstellung solcher Schleifkörper soll gemäß dieser bekannten Lehre in der Form erfolgen, dass aus einer aus Schleifkörnern und einer organischen Bindemittelmatrix hergestellten Suspension in einem Rührgefäß innerhalb der Suspension kugelförmige Schleifkörper aus einer Mehrzahl von Schleifkörnern gebildet und dabei durch das Rühren in Schwebe gehalten werden. Dabei werden in der Suspension die aus einer Mehrzahl von Schleifkörnern gebildeten tropfenförmigen Schleifkörper durch das Bindemittel gebunden. Nachdem die kugelförmigen Schleifkörper in der Suspension eine ausreichende Festigkeit erreicht haben, sollen diese dann beispielsweise durch ein Dekantieren oder andere Prozesse von den flüssigen Komponenten getrennt werden.
Im Nachgang können die kugelförmigen Schleifkörper dann mit einem Lösungsmittel außen gereinigt und dann getrocknet werden, woraufhin sie dann für die Herstellung von Schleifwerkzeugen zur Verfügung stehen.
Durch die Einleitung von Luft oder Treibmittel in die Suspension lässt sich an den kugelförmigen Tropfen, die die Schleifkörper ausbilden eine geringfügige Porosität einstellen, die auf jeden Fall unterhalb 35 % geschlossene Poren bilden sollen, wobei ein vorzugsweise Bereich von 7 bis 15 % des Volumens als geschlossene Poren ausgebildet werden sollen.
Bei der in DE 26 08 273 A beschriebenen Lehre können demzufolge Schleifkörper mit einem nach unten stark eingeschränkten Außendurchmesserpotential erhalten werden und außerdem die so erhaltenen Schleifkörper auch nur aus relativ großen Schleifkornfraktionen hergestellt werden. So sind explizit 200 µm als kleinster Außendurchmesser für Schleifkörper und 3 µm als kleinste mittlere Korngröße der Schleifkörner benannt.
Mit solchen Schleifwerkzeugen, die mit entsprechenden Schleifkörpern hergestellt worden sind, ist aber eine sehr feine schleifende Oberflächenbearbeitung an diversen Werkstücken, wie sie insbesondere bei der Bearbeitung bzw. auch Nachbearbeitung von dekorativen Lackschichten und hier insbesondere beim Fahrzeugbau gewünscht wird, nicht möglich.
Außerdem ist die Lebensdauer solcher Schleifwerkzeuge begrenzt.
In der WO 01/85393 A sind Schleifgegenstände geoffenbart, die jeweils aus Schleifkörpern bestehen, die aus Schleifkörnern gebildet sind. Diese Schleifkörner sind mittels eines keramischen Binders stoffschlüssig miteinander verbunden. Diese Schleifgegenstände kommen zur Oberflächenbearbeitung von beispielsweise Glas zum Einsatz.
Jeder Schleifkörper weist eine Porosität auf, die durch Einbringen eines organischen Binders und dessen Austreiben durch Verbrennen gebildet wird. Das als Schleifgegenstand nutzbare Produkt weist dann lediglich den keramischen Binder auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung Schleifkörper eines Schleifwerkzeuges herzustellen, die für eine sehr feine schleifende Bearbeitung von Oberflächen von Werkstücken geeignet sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Schleifkörpern, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen, gelöst. Sie können mit einem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Die erfindungsgemäßen Schleifkörper für Schleifwerkzeuge werden aus mittels eines Binders stoffschlüssig miteinander verbundenen Schleifkörnern gebildet. Die Schleifkörper weisen dabei eine zumindest annähernd sphärische Außenkontur und eine Porosität von mindestens 35 % auf. Besonders bevorzugt kann eine Porosität von oberhalb 40 % bei den Schleifkörpern eingehalten werden.
Sie können aus Schleifkörnern gebildet werden, deren Partikelgröße im Bereicht zwischen 0,05 und 10 µm, bevorzugt zwischen 0,1 bis 3µm liegt.
Mit solchen kleinen Schleifkörnern können dann Schleifkörper zur Verfügung gestellt werden, deren Außendurchmesser im Bereich zwischen 10 und 150 µm, bevorzugt zwischen 25 und 80 µm liegt.
Für den Einsatz an Schleifwerkzeugen kann eine Herstellung oder eine Klassierung so erfolgen, dass für die einzelnen Schleifkörper, die an einem Schleifwerkzeug eingesetzt werden sollen, ein eng begrenzter Außendurchmesserbereich, quasi eine konstante Körnung solcher Schleifkörper eingehalten worden ist.
Bei den erfindungsgemäßen Schleifkörpern sollte eine maximale Abweichung der Partikelgröße der für einen Schleifkörper eingesetzten Schleifkörnern maximal von 20 % um einen Mittelwert für eine vorgebbare Partikelgröße eingehalten werden.
Die erfindungsgemäßen Schleifkörper können sowohl mit einer kugelförmigen/sphärischen Außenkontur für Schleifwerkzeuge eingesetzt werden, bei denen eine homogene Verteilung von stoffschlüssig mittels eines Binders verbundenen Schleifkörnern eingehalten worden ist und demzufolge die Porosität über das gesamte Volumen eines Schleifkörpers nahezu konstant ist.
In einer weiteren Ausführungsform können die entsprechend mit einer sphärischen Außenkontur ausgebildeten Schleifkörper auch innen vollständig hohl sein und um einen Hohlraum stoffschlüssig miteinander verbundene Schleifkörner eine entsprechend poröse Schale bilden. Dabei kann dann in der Schale ebenfalls eine Porosität von mindestens 35 % eingehalten worden sein.
Der für die stoffschlüssige Verbindung von Schleifkörnern eingesetzte Binder, sollte ≤ 10 Masseprozent bei einem jeweiligen Schleifkörper aufweisen, wobei auch Binderanteile ≤ 5 Masseprozent ausreichend sein können.
Die Schleifkörnern können ausgewählt sein aus SiC, Al₂O₃ (Korund), BN, WC/CO, WC, Diamant, Zirkonkorund, SG-Kom (Schleifkörner aus dem Sol-Gel- oder Sinterverfahren), wobei auch entsprechende Mischungen aus diesen chemischen Verbindungen für die Herstellung jeweiliger Schleifkörper eingesetzt werden können.
Als Binder sind beispielsweise unterschiedliche Phenolharze, Polyurethan, Epoxidharze, Harnstoffharze und PVB (Polyvinylbutyral) einsetzbar.
Eine Vielzahl von Schleifkörpern können dann auf einem Träger, wie im einleitenden Teil bereits angesprochen, auf band- oder blattförmigen Trägem, stoffschlüssig fixiert werden. Dabei kann die stoffschlüssige Fixierung wiederum ebenfalls mit einem Binder, bevorzugt einem organischen Binder und besonders bevorzugt dem gleichen Binder, mit dem auch die Schleifkörner zu einem Schleifkörper stoffschlüssig verbunden sind, eingesetzt werden.
Die Schleifkörper können in Form einer einzigen Lage möglichst gleichmäßiger, äquidistanter Anordnung auch auf mindestens einer Oberfläche eines Trägers fixiert worden sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit Schleifkörper mehrlagig auf einem Träger zu fixieren oder Schleifkörper als heterogene Schüttung auf dem Träger aufzubringen und dann wieder stoffschlüssig zu fixieren.
In bevorzugter Form sollten dabei für ein Schleifwerkzeug auf einem Träger Schleifkörper mit zumindest annähernd konstanten Außendurchmessern aufgebracht und fixiert worden sein.
Schleifkörper können nach ihrer eigentlichen Herstellung nochmals getempert werden, wobei dies in einem Temperaturbereich zwischen 150 und 200 °C, bevorzugt bei ca. 175°C über einen Zeitraum von zwei Stunden erfolgen sollte.
Eine solche Temperung kann aber auch gleichzeitig mit der stoffschlüssigen Fixierung der Schleifkörper auf den jeweiligen Trägern mit der Ausbildung der stoffschlüssigen Fixierung durchgeführt werden.
Eine UV-Härtung der Schleifkörper nach ihrer eigentlichen Herstellung sowie eine Kalthärtung mittels geeigneter Bindemittelsysteme wäre ebenso möglich.
Die erfindungsgemäßen Schleifkörper können mittels einer aus einem Binder, Lösungsmittel und Schleifkörnern gebildeten Suspension hergestellt werden, in der ggf. auch noch weitere Zusätze enthalten sein können.
Im Gegensatz zum Stand der Technik werden aus und nicht in der Suspension kleine Tropfen, Agglomerate gebildet, aus denen nach der Tropfenbildung das Lösungsmittel, beispielsweise durch Verdampfung ausgetrieben wird.
Mit Hilfe einer Wärmebehandlung, die auch neben dem Austreiben des Lösungsmittels zusätzlich durchgeführt werden kann, erfolgt dann die eigentliche Ausbildung der Schleifkörper mit Ausbildung stoffschlüssiger Verbindungen von jeweils benachbarten Schleifkörnern, durch eine entsprechende Aktivierung des eingesetzten Binders.
Dabei sollten die Tropfen, wie bereits angedeutet, nicht innerhalb der Suspension, sondern in einer Gasatmosphäre, beispielsweise Luft oder Stickstoff ausgebildet werden.
Dies kann beispielsweise durch das an sich bekannte Verfahren der Sprühtrocknung, Gefriertrocknung oder Sprüh-Gefriertrocknung erreicht werden.
Es sind aber auch andere Herstellungsmöglichkeiten denkbar, bei denen aus einer Suspension, die in einem Behältnis aufgenommen ist, entsprechend kleine Tropfen in eine Gasatmosphäre austreten und nachfolgend, wie bereits angesprochen, das Lösungsmittel ausgetrieben und die stoffschlüssige Verbindung der Schleifkörner eines Tropfens durch entsprechende Aktivierung des eingesetzten Binders zur letztendlichen Ausbildung eines Schleifkörpers durchgeführt werden kann. Durch die besondere sphärische Ausrichtung der einzelnen Schleifkörner an der Oberfläche der sich ausbildenden Schleifkörper wird eine hohe Anfangsrauhtiefe vermieden.
Die mit erfindungsgemäßen Schleifkörpern ausgebildeten Schleifwerkzeuge können nun eine sehr feine Bearbeitung von Werkstückoberflächen, die wie im allgemeinen Teil der Beschreibung auch mit zusätzlichen Schutzschichten, wie Lackschichten verschen worden sind, eingesetzt werden. Dabei wirken sich die erreichbaren sehr kleinen Außendurchmesser in Verbindung mit den kleinen Partikelgrößen der für die Herstellung von Schleifkörpern eingesetzten Schleifkörner vorteilhaft aus.
Insbesondere durch die relativ hohe Porosität, die bei bis zu 70 % ohne Weiteres eingestellt werden kann, kann auch für eine verlängerte Einsatzdauer der mit erfindungsgemäßen Schleifkörpern hergestellten Schleifwerkzeuge erreicht werden, da das entsprechend zur Verfügung stehende offene Porenvolumen relativ einen erheblich größeren Abriebanteil aufnehmen kann, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Fall ist.
Da in der Regel die einzelnen Schleifkörner der einzelnen Schleifkörper nicht vollflächig an ihren jeweiligen Oberflächen mit dem Binder benetzt sind und demzufolge für die stoffschlüssige Verbindung der einzelnen benachbarten Schleifkörner lediglich kleine Oberflächenbereiche mit Binder benetzt worden sind, mit dem wiederum die stoffschlüssige Verbindung der benachbarten Schleifkörnern an Schleifkörpern hergestellt worden ist, können sich bei Benutzung der Schleifwerkzeuge einzelne Schleifkörner ablösen und wieder freie Poren für eine weitergehende Aufnahme von Abrieb beim Schleifen freigeben.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:

Figur 1 eine FESEM-Aufnahme eines erfindungsgemäßen Schleifkörpers mit einer Vergrößerung von 1400:1;
Figur 2 eine FESEM-Aufnahme eines innen hohlen Schleifkörpers mit einer Vergrößerung von 1350:1;
Figur 3 einen Bildausschnitt einer FESEM-Aufnahmee eines Teilbereiches eines erfindungsgemäßen Schleifkörpers mit einer Vergrößerung von 5000:1.

Vor der Aufnahme der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten FESEM-Aufnahmen erfolgte eine Präparation, die es ermöglicht, die innere Struktur der Schleifkörper fehlerfrei abzubilden.
Mit den Figuren 1 bis 3 wird außerdem deutlich, dass die einzelnen Schleifkörper mit einer entsprechend erhöhten Porosität, die mindestens oberhalb 35 %, bevorzugt mindestens 40 und in der Regel bei ca. 70 % gehalten werden kann, hergestellt worden sind.
Mit Figur 2 soll angedeutet werden, dass auch innen hohle Schleifkörper ohne Weiteres hergestellt werden können.
Für die Herstellung der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Schleifkörper, wurden Schleifkörner aus SiC mit einer Partikelgröße von ca. 5 µm eingesetzt. Die entsprechend hergestellten Schleifkörper hatten eine annähernd sphärische Außenkontur mit Außendurchmessern von ca. 50 µm, wobei in einigen Fällen nach der Herstellung von Schleifkörpern eine Klassierung auf diesen Durchmesserbereich von ca. 50 µm durchgeführt worden ist.
Für die Herstellung wurden Suspensionen mit unterschiedlichen Bindern und auch unterschiedlichen Lösungsmitteln vorbereitet.
So wurde eine wässrige Suspension mit Polyurethanbinder, der in der Suspension mit einem Anteil von 2 bis 4 Masseprozent und den bezeichneten SiC-Schleifkörnem vorbereitet. Der Anteil an SiC in der Suspension betrug dabei 40 - 70 Masseprozent.
Anstelle von einem Polyurethan konnte aber auch Phenolharz (z.B. Novolak) als Binder mit Anteilen von 2 bis 4 Masseprozent für die Herstellung der Suspension eingesetzt werden, wobei als Lösungsmittel der Suspension Aceton zugegeben worden ist.
Aus dieser Suspension wurden durch eine Sprühtrockung unter Verwendung einer Zweistoffdüse aus den dabei gebildeten Tröpfchen der Suspension Schleifkörper ausgebildet, wobei vorab das jeweilige Lösungsmittel, also Wasser bzw. Aceton ausgetrieben und der jeweilige Binder zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen benachbarten Schleifkörnern für die einzelnen Schleifkörper entsprechend aktiviert wurde. Dabei wurde für die entsprechende Trocknung/ Aktivierung eine Temperatur im Bereich von 250 bis 120 °C eingehalten.
Nachfolgend wurden die Schleifkörper bei einer Temperatur von ca. 175 °C über einen Zeitraum von ca. zwei Stunden nochmals getempert, um ihre Gesamtfestigkeit zu erhöhen.
Die Schleifkörper hatten dann eine Porosität im Bereich zwischen 60 und 70 % und konnten dann nachfolgend, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen, für die Herstellung von Schleifwerkzeugen auf einen entsprechenden Träger stoffschlüssig fixiert werden.

Claims

Schleifkörper für ein Schleifwerkzeug, wobei die Schleifkörper aus mittels eines Binders stoffschlüssig miteinander verbundenen Schleifkörnern gebildet sind und zumindest annähernd eine sphärische Außenkontur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner mit einem Kunstharz wie Phenolharz, Polyurethan, Epoxidharz, Harnstoffharz oder Polyvinylbutyral (PVB) als Bindemittel gebunden sind, und dass die Schleifkörper eine Porosität von mindestens 35 Prozent aufweisen.
Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Schleifkörnern mit einer Partikelgröße im Bereich zwischen 0,05 und 10 µm gebildet sind.
Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Schleifkörnern mit einer Partikelgröße zwischen 0,1 bis 3 µm gebildet sind.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Schleifkörper im Bereich zwischen 10 und 150 µm liegt.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Schleifkörper im Bereich zwischen 25 und 80 µm liegt.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Schleilkörner eines Schleifkörpers eine maximale Abweichung der Partikelgröße von 20 Prozent eingehalten ist.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität von > 35 % in den Schileifkörpern homogen verteilt ist.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörper im Inneren hohl sind.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Binder eines Schleifkörpers ≤ 5 Masse-% ist.
Schieifkörper nach einem der vorhergehenden ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner ausgewählt sind aus SiC, Korund (Al₂O₃), BN, WC/Co, WC, Diamant, Zirkonkorund, SG-Korn, i.e. Schleifkörner aus dein Sol-Gel- oder Sinterverfahren.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittel UV-, temperatur- oder kalthärtend sind.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Schleifkörpern auf einem Träger stoffschlüssig fixiert sind.
Schleifkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifkörper ein- oder mehrlagig bzw, als homogene oder heterogene Schüttung auf einem Träger fixiert sind.
Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer einen Binder, ein Lösungsmittel und Schleifkörner enthaltenden Suspension kleine Tropfen gebildet werden, nachfolgend das Lösungsmittel aus den Tropfen ausgetrieben wird und mittels mindestens einer Wärmebehandlung der Binder zur Ausbildung stoffschlüssiger Verbindungen von benachbarten Schleifkörnern, der einzelnen aus einem einzigen Tropfen erhaltenen Schleifkörper, aictiviert wird, wobei der Binder aus Kunstharz, wie Phenolharz, Polyurethan, Epoxidharz, Harnstoffharz oder Polyvinylbutyral (PVB) besteht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Tropfen aus der Suspension in einer Gasatmosphäre ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörper durch Sprühtrocknung hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörper durch Gefriertrocknung oder Sprüh-Gefriertrocknung hergestellt werden.