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Beschichtetes Schleifprodukt mit ausgewähltem mineralischem Ersatzstoff. - Dokument DE3586549T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3586549T2 18.03.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0161869
Titel Beschichtetes Schleifprodukt mit ausgewähltem mineralischem Ersatzstoff.
Anmelder Minnesota Mining & Mfg. Co., Saint Paul, Minn., US
Erfinder Broberg, David E. c/o Minnesota Mining and;
Larkey, Thomas W. c/o Minnesota Mining and, P.O. Box 33427 St. Paul Minnesota 55133, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 3586549
Vertragsstaaten AT, CH, DE, FR, GB, IT, LI, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 01.05.1985
EP-Aktenzeichen 853031037
EP-Offenlegungsdatum 21.11.1985
EP date of grant 26.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.1993
IPC-Hauptklasse B24D 3/00
IPC-Nebenklasse B24D 11/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft flexible beschichtete Schleifprodukte und insbesondere beschichtete Schleifprodukte, bei denen zwei oder mehr verschiedene Schleifminerale verwendet werden.

Das Mineral, das bei beschichteten Schleifprodukten verwendet wird, die in den USA hergestellt werden, erfüllt herkömmlicherweise die Normen des American National Standards Institute, Inc. (ANSI), in denen spezifiziert ist, daß die Korngrößenverteilung für jede Nenngröße innerhalb zahlenmäßig definierter Grenzen liegt. Nach den ANSI-Normen setzt sich jede Nenngröße aus drei Kornfraktionen zusammen, nämlich aus einer "Kontrollfraktion", einer "Übergrößenfraktion", in der große Teilchen enthalten sind, die nominell eine Fraktion gröber sind als die Kontrollfraktion, und eine "Feinfraktion", in der kleine Teilchen enthalten sind, die feiner sind als die Kontrollfraktion. Außerdem dürfen nach den ANSI-Normen bis zu 0,5% Teilchen enthalten sein, die gröber sind als die Übergrößenfraktion. Der Prozentsatz der jeder Fraktion zugehörigen Teilchen schwankt von Sorte zu Sorte; im allgemeinen sind jedoch etwa 50-60% in der Kontrollfraktion, etwa 10% in der Übergrößenfraktion und etwa 30-40% in der Feinfraktion enthalten. Insgesamt wird die Summe der drei Fraktionen als "Vollklasse" bezeichnet.

In der im vorangegangenen Absatz verwendeten Weise bezeichnet der Begriff "Korngröße" eine spezielle Kombination von Schleifkörnern bezogen auf genormte Siebe, durch die die Körner hindurchfallen oder nicht. Um dies zu veranschaulichen, ist in der ANSI-Veröffentlichung B74.18-1977 angegeben, daß ein beschichtetes Schleifprodukt mit einer Mineralbeschichtung der Nenngröße 50 eine Kontrollfraktion enthält, die durch ein Sieb der Größe 48,5 Mesh (1 Std.) paßt, aber nicht durch eine Sieb der Größe 58,5 Mesh (3 Std.), eine Übergrößenfraktion, die durch ein Sieb der Größe 37 Mesh (38 GG) paßt, aber nicht durch ein Sieb der Größe 48,5 Mesh (1 Std.), und eine Feinfraktion, die durch ein Sieb der Größe 58,5 Mesh (3 Std.) paßt. Außerdem kann die Korngröße 50 bis zu 0,5% extragrobe Körner enthalten, die durch ein Sieb der Größe 32 Mesh (32 GG), aber nicht durch ein Sieb der Größe 38 Mesh (38 GG) passen. Der Begriff "Mesh" bezeichnet die Anzahl der Öffnungen pro laufendem Zoll in dem Sieb. Im Ausland verwendete Systeme zur Korngrößenbestimmung arbeiten ebenfalls mit Sieben, unterscheiden sich aber etwas hinsichtlich der genauen Korngröße, der Anzahl der Siebe und des Prozentsatzes der zu den verschiedenen Fraktionen gehörenden Körner, die zusammen eine "Vollklasse" bilden. Wie das ANSI-System verwendet das japanische Klassierungssystem drei Fraktionen; das europäische Klassierungssystem arbeitet effektiv mit vier Fraktionen, wo die drei gröbsten Fraktionen mehr oder wenig der Übergrößenfraktion und der Kontrollfraktion des ANSI-Systems entsprechen. Interessant ist hierbei, daß die verschiedenen Klassierungssysteme alle eine komplette Ausnutzung aller Körner ermöglichen sollen, die während des Zerkleinerns der ursprünglich vorhandenen Klumpen von rohem Schleifmineral gewonnen werden.

Bei einem bestimmten Schleifvorgang sind einige Arten von Schleifmineral wirksamer als andere. Beim Metallschleifen ist jedoch seit langem das am meisten verwendete Mineral geschmolzenes Aluminiumoxid oder Elektrokorund. In den letzten Jahren wurden durch das Zusammenschmelzen von Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid überlegene Minerale entwickelt; siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 3 181 939, 3 891 408 und 3 893 826. Ein weiteres unlängst entwickeltes überlegenes Mineral, das im US-Patent Nr. 4 314 827 beschrieben ist, ist ein nichtgeschmolzenes synthetisches Mineral auf Aluminiumoxidbasis, das bestimmte Metalloxid- und/oder Spinell-Zusätze enthält. Sowohl die Produkte aus zusammengeschmolzenem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid und die nichtgeschmolzenen keramischen Produkte sind wesentlich teurer als das herkömmliche geschmolzene Aluminiumoxid, wie natürlich auch die mit solchen Mineralen hergestellten beschichteten Schleifprodukte. Andere etwas überlegene - und vergleichsweise teure - Minerale auf Aluminiumoxidbasis können durch eine spezielle Wärmebehandlung oder Beschichtung von herkömmlichem geschmolzenem Aluminiumoxid gewonnen werden.

Es wurde vorgeschlagen, verschiedene Arten von Mineralen bei der Herstellung beschichteter Schleifprodukte zu mischen; siehe beispielsweise das US-Patent Nr. 3 205 054. Ein handelsübliches Produkt, bei dem mit diesem Konzept gearbeitet wird, besteht aus einer Mischung aus herkömmlichem geschmolzenem Aluminiumoxid und dem wesentlich teureren miteinander verschmolzenen Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. Siehe auch die US-Patente Nr. 2 410 506 und 3 266 878, in denen die Verwendung kostengünstiger, als "Streckmittel" dienender Körnchen vermischt mit Diamantkörnchen derselben Korngröße beschrieben wird. Das US-Patent Nr. 3 996 702 beschreibt die Vermischung von miteinander verschmolzenem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid mit Flint, Granat oder geschmolzenem Aluminiumoxid derselben Korngröße, und das US-Patent Nr. 4 314 827 empfiehlt das Mischen von Schleifkörnchen auf der Basis von nichtgeschmolzenem Aluminiumoxid mit herkömmlichem geschmolzenem Aluminiumoxid derselben Korngröße.

Bei der Herstellung von hartfaserverstärkten Schleifscheiben wurden mehrere Kombinationen von Schleifkörnern zur Verwendung in verschiedenen Schichten des Systems vorgeschlagen. Das US-Patent Nr. 1 616 531 beschreibt beispielsweise die Verwendung von Mineral unterschiedlicher Korngröße in den verschiedenen Schleifschichten. Das US-Patent Nr. 3 867 795 beschreibt das Mischen von teurem miteinander verschmolzenem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid mit Flint, Schmirgel, Siliciumcarbid, geschmolzenem Aluminiumoxid, etc. in verschiedenen Schichten relativ dünner Handschleifscheiben zur Verwendung auf tragbaren Schleifmaschinen. Ein in dem zuletzt genannten Patent vorgeschlagenes System verwendet herkömmliches geschmolzenes Aluminiumoxid in einer Schicht und eine Mischung aus miteinander verschmolzenem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid und einem gröberen Granat in der das Werkstück berührenden Fläche.

Obwohl Produkte der in den vorstehenden Absätzen beschriebenen Art die Gesamtkosten des in dem beschichteten Schleifsystem verwendeten Minerals reduzieren konnten, war es nach wie vor sehr erwünscht, die Vorteile der überlegenen Mineralprodukte zu erreichen bei weiterer Minimierung der Menge des vorhandenen überlegenen Minerals.

Die vorliegende Erfindung gibt flexible beschichtete Schleifprodukte mit einer ausgezeichneten Schleifwirkung an, welche die überlegenen Schleifkörnern innewohnenden Vorteile ausnutzen und dabei gleichzeitig die tatsächlich verwendete Menge solcher Körner minimieren. In der Tat werden in einigen Fällen Synergieeffekte erzielt, nachdem dieses System tatsächlich eine bessere Leistung zeigt als flexible beschichtete Schleifprodukte, bei denen nur das überlegene Mineral vorhanden ist.

Die vorliegende Erfindung kombiniert einen geringen Anteil überlegener Schleifkörner mit ansonsten minderwertigen Schleifkörnern, die dementsprechend einen Hauptteil ausmachen, so daß das meiste der überlegenen Körner in dem gröbsten Teil konzentriert ist. Die unerwartet gute Leistung der überlegenen Körner läßt sich bisweilen schon in Mengen von nur 1 Gew.-% nachweisen, aber 3% an überlegenen Körnern führt konstanter zu einer signifikanten Verbesserung. In den meisten Fällen machen die überlegenen Schleifkörner 5% bis 30% (vorzugsweise 10% bis 20%) des gesamten Mineralgewichtes aus. Es ist technisch machbar, bis zu 50% der überlegenen Körner zuzugeben, aber die zusätzlichen Kosten werden dies im allgemeinen nicht rechtfertigen. Die Erfindung kann also allgemein gekennzeichnet werden als flexibles beschichtetes Schleifprodukt mit einer spezifizierten Nenngröße der Schleifkörnchen, die fest haftend auf eine Folienunterlage aufgebracht sind, wobei die Schleifkörnchen so angeordnet sind, daß sie ein Werkstück auf der beschichteten Fläche direkt berühren, wobei die Teilchengröße der Körnchen im Bereich der spezifizierten Nenngröße von fein bis grob liegt, und die Körnchen aus mindestens zwei Arten eines Minerals bestehen, wobei eine dieser Arten einer äquivalenten Korngröße der anderen Art oder anderer Arten nachweisbar überlegen ist bei Schleifvorgängen, für die das beschichtete Schleifprodukt verwendet werden soll, wobei dieses überlegene Mineral hauptsächlich in dem groben Teil enthalten ist, und das überlegene Mineral den geringeren Anteil der gesamten Schleifkörnchen ausmacht.

Wie gezeigt werden wird, können die erfindungsgemäßen Produkte entweder durch einmaliges Auftragen gemischter Schleifkörner hergestellt werden oder durch mehrfaches Auftragen, wo die erste Mineralschicht den herkömmlichen Spezifikationen für Korngrößen von Mineralen nicht entspricht, weil sie die Grenzen für feine Körnchen übersteigt, und die zweite Mineralschicht den herkömmlichen Spezifikationen für Korngrößen von Mineralen nicht entspricht, weil sie die Grenzen für grobe Körnchen übersteigt. In diesem System ist die grobe Fraktion, die im wesentlichen aus dem überlegenen Mineral besteht, in der zweiten Schicht vorhanden. Die Gesamtzusammensetzung der zwei Mineralschichten entspricht jedoch voll und ganz den Spezifikationen für Korngrößen von Mineralen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein flexibles beschichtetes Schleifprodukt angegeben, bei dem die groben Teilchen im wesentlichen aus nicht geschmolzenen synthetischen Mineralkörnern bestehen mit einer mikrokristallinen Struktur, umfassend eine sekundäre Phase von Kristalliten mit einer modifizierenden Komponente in einer Aluminiumoxidphase, die α-Aluminiumoxid enthält, wobei die modifizierende Komponente, basierend auf den Volumenprozent von Feststoffen des Minerals, ausgewählt ist aus

(a) mindestens 10% Zirkoniumdioxid, Hafnium(IV)-oxid, oder einer Kombination der beiden,

(b) mindestens 1% eines Spinells, der hergeleitet ist aus Aluminiumoxid und mindestens einem Oxid eines Metalls, das ausgewählt ist aus Kobalt, Nickel, Zink oder Magnesium, und

(c) 1-45% der Komponente (a) und mindestens 1% der Komponente (b), wobei der Rest der Teilchen vorwiegend aus geschmolzenem Aluminiumoxid besteht.

BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wenngleich die Begriffe "überlegen" und "minderwertig" den Anschein erwecken könnten, daß sie ein beachtliches Maß an Subjektivität beinhalten, ist der Fachmann auf dem Gebiet beschichteter Schleifprodukte durchaus in der Lage, dies zu beurteilen. Es ist natürlich richtig, daß die Überlegenheit oder Minderwertigkeit bis zu einem gewissen Grad von der Art des Werkstückes und von den jeweiligen Schleifbedingungen abhängt. Um also die relative "Überlegenheit" oder "Minderwertigkeit" zweier Arten von Schleifkörnern letztendlich bestimmen zu können, sollten beschichtete Schleifprodukte, die mit jeder der beiden Arten hergestellt sind, unter den jeweils in Frage kommenden spezifischen Schleifbedingungen getestet werden, wobei Werkstücke der zu schleifenden Art verwendet werden sollten. Was die derzeitigen, für gewerbliche Zwecke wichtigsten Schleifmaßnahmen angeht, wurde jedoch festgestellt, daß ein Test, bei dem kaltgewalzter Stahl mit beschichteten Schleifprodukten geschliffen wird, wo nur eine spezielle Art von Schleifkörnern auf der Unterlage haftet, im Vergleich zu einem identischen System mit unterschiedlichen Schleifkörnern Testergebnisse liefern wird, die höchst zuverlässig sind für eine Klassifizierung von Schleifkörnern nach ihrer relativen Überlegenheit oder Minderwertigkeit. Dieser Test wird nun näher beschrieben.

Ein vorgewogenes Werkstück aus kaltgewalztem Stahl (SAE 1018) mit den Maßen 1 in · 2 in · 7 R in (ca. 2,5 · 5 · 18 cm), das in einer Halterung montiert ist, ist vertikal angeordnet, so daß die 1 in · 7 R in (2,5 · 18 cm) große Fläche einem gezahnten Kontaktrad aus Gummi mit einem Durchmesser von 14 in (ca. 36 cm) eines Härtemessers 65 Shore A gegenüberliegt, über das ein zu testender Riemen der Korngröße 50 gezogen wird. Das Werkstück wird dann vertikal hin- und herbewegt über einen 7 R in (18 cm) langen Weg mit einer Geschwindigkeit von 20 Takten pro Minute, wobei ein federbelasteter Kolben das Werkstück mit einer Kraft von 25 lbs (11,3 kg) gegen den Riemen drückt, während der Riemen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5500 Fuß pro Minute (etwa 1675 Meter pro Minute) angetrieben wird. Nach einer Schleifdauer von 1 Minute wird das Werkstück von dem sich bewegenden Riemen weggezogen, die erste Einheit aus Werkstück und Halterung wird abgenommen, und es wird wieder gewogen; die Menge des abgetragenen Materials wird errechnet, indem man das Gewicht des geschliffenen Werkstücks von dem ursprünglichen Gewicht abzieht, und ein neues vorgewogenes Werkstück samt Halterung wird auf der Vorrichtung montiert. Unter Verwendung von vier Werkstücken wird dieser Vorgang insgesamt 88 Minuten lang wiederholt, oder solange, bis der Abtrag pro Minute 25 Gramm oder weniger beträgt, je nachdem was eher auftritt. Mit gröberen oder feineren Mineralkörnern kann die Schleifleistung jeweils erhöht oder reduziert werden, und die endgültigen Abtragswerte können ebenfalls eingestellt werden.

Weil gewisse Schwankungen zwischen angeblich identischen Riemen und angeblich identischen Werkstücken unvermeidlich sind, gilt für die Gesamtabtragswerte eine Genauigkeit von ± 5%; wenn also ein Riemen aus einer Partie über 10% mehr als ein Riemen aus einer anderen Partie abträgt, gilt der erste Riemen als "überlegen" und der zweite als "minderwertig". Wie man annehmen könnte, wird ein höheres Maß an Zuverlässigkeit erreicht, wenn zusätzliche Riemen getestet werden.

Mit Hilfe des eben beschriebenen Testverfahrens erhält man die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Gesamtabtragswerte für eine Reihe von Riemen, die nach den ANSI-Normen nur unter Verwendung der angegebenen Art von beschichtetem Schleifmineral hergestellt wurden. In jedem Fall ist der Abtragswert der Durchschnitt von mindestens zwei Riemen.

Mineral Bezeichnung Art des Minerals der Korngröße 50 Zeit, Minuten Gesamtabtrag Gramm Herkömmliches geschmolzenes Aluminiumoxid Miteinander verschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid Nicht geschmolzenes α-Aluminiumoxid, das bestimmte Metalloxide und/oder Spinell enthält Wärmebehandeltes geschmolzenes Aluminiumoxid

Die obengenannten Bezeichnungen der Minerale werden in der folgenden Beschreibung und in den Beispielen verwendet.

Beispiele 1 - 3

Jedes der folgenden Beispiele wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Stoffunterlage hergestellt, nämlich mit Reyon- Drill, der mit einer Mischung aus synthetischem Kautschuklatex und Phenolharz getränkt war. Es wurde ein herkömmliche Grundschicht aus calciumcarbonatgefülltem Phenolformaldehyd aufgebracht, das Mineral wurde auf herkömmliche Weise elektrostatisch aufgetragen, die Grundschicht wurde vorgehärtet, eine herkömmliche calciumcarbonatgefüllte Deckschicht wurde aufgetragen, und sowohl die Grundschicht als auch die Deckschicht wurden dann ausgehärtet. Der einzige Unterschied zwischen herkömmlichen, mit Korngröße 50 nach ANSI beschichteten Schleifriemen und den Produkten dieser Beispiele waren dann die verwendeten speziellen Schleifkörner oder die Kombination von Schleifkörnern. In jedem der gemäß der Erfindung hergestellten Beispiele waren die Schleifkörner eine Mischung aus (1) der Feinfraktion und der Kontrollfraktion eines herkömmlichen Minerals aus geschmolzenem Aluminiumoxid der Korngröße 50 und (2) als Ersatz für die grobe Fraktion (Übergrößenfraktion) eine äquivalente Menge einer Vollklasse eines überlegenen Minerals der Korngröße 40. (Man könnte zwar annehmen, daß die in der Vollklasse des Minerals der Korngröße 40 vorhandene Übergrößenfraktion übermäßig grob ist für die Verwendung bei der Korngröße 50, aber in der Praxis ist dies nicht der Fall. Bei diesen beiden Korngrößen kommt es zu einer beachtlichen Überlappung, aber wie bei normalen Herstellverfahren werden durch Sieben vor dem Beschichten alle Teilchen - vielleicht 1% - entfernt, die größer sind als die ANSI-Normen für Produkte der Korngröße 50 erlauben.)

Endlosriemen mit einer Breite von 3 in (7,6 cm) und einer Länge von 132 in (335 cm) wurden hergestellt aus herkömmlichem beschichtetem Schleifmaterial und aus einem beschichtetem Schleifmaterial, das gemäß den Versuchsbeispielen hergestellt wurde. Diese Riemen wurden dann über ein Kontaktrad aus Gummi mit einem Durchmesser von 20 in (51 cm) eines Härtemessers vom Typ 65 Shore D gezogen, wobei das Rad in einem Winkel von 45º zu seinen seitlichen Flächen gezahnt war, so daß die Stege 3/4 in (ca. 19 mm) breit waren und die Rillen 1/3 dieses Wertes betrugen. Die Riemen wurden dann mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 7380 Fuß pro Minute (2250 Meter pro Minute) angetrieben, während Einheiten von vorgewogenen Teststäben aus Metall mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt (Fläche ca. 0,5 - 1 in² oder etwa 3,2 - 6,4 cm²) mit einem Druck von 100 oder 150 psi (690 oder 1035 kPa) gegen den Riemen gedrückt wurden. Es wurden Einheiten von 15 vorgewogenen Stäben aus SAE 1095 Stahl, 1018 Stahl und nichtrostendem Stahl 304 verwendet, während Einheiten von 10 vorgewogenen Stäben aus Waspalloy und Inconel 600 verwendet wurden. Die Gesamtabtragswerte sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

TABELLE I Gesamtabtrag, Gramm, für das angegebene beschichtete Schleifprodukt d. Korngröße 50
Beispiel Mineral Stahl Edelstahl Waspalloy Inconel Kontrolle * Alle Verhältnisangaben bezeichnen Gewichtsverhältnisse. Die Dichte von AO, CUB und HT ist jeweils im wesentlichen die gleiche, so daß die Gewichtsverhältnisse und die Volumenverhältnisse im wesentlichen die gleichen sind. Weil AZ eine beträchtlich höhere Dichte besitzt, wäre es theoretisch notwendig, ein höheres Gewicht zu verwenden, um eine 10%ige Volumenkonzentration zu erreichen; in der Praxis rechtfertigt jedoch die vergleichsweise geringe Menge von AZ eine solche Anpassung nicht.

Wenn eine durchgehende Linie gezogen ist zwischen den Abtragswerten für 100% AO und 100% CUB, sei darauf hingewiesen, daß die Gesamtmenge des nach Beispiel 1 abgetragenen Metalls beträchtlich über dem interpolierten Wert liegt, der vorausgesagt werden würde. Dasselbe gilt für die Beispiele 2 und 3, wo die Mischungen von "überlegenen" Mineralen AZ und HT mit dem "minderwertigen" Mineral AO eine bessere Leistung zeigen, als man erwarten würde.

Beispiel 4

Ein beschichtetes Schleifprodukt wurde nach demselben Verfahren hergestellt wie in Beispiel 1, wobei das Mineral der ANSI-Korngröße 80 anstelle des Minerals der ANSI-Korngröße 50 verwendet wurde, und alle Schichtgewichte wurden entsprechend eingestellt. Mit anderen Worten, in diesem Beispiel 4 bestand die grobe Fraktion aus der Vollklasse der Korngröße 60. Riemen wurden in der gleichen Weise hergestellt wie in Beispiel 1 - 3 und auf vergleichbaren Geräten getestet, wobei der Unterschied darin bestand, daß die Riemengeschwindigkeit 5500 Fuß pro Minute (etwa 1675 Meter pro Minute) betrug, und der auf das Werkstück ausgeübte Druck 30 oder 75 psi (etwa 207 oder 517 kPa) betrug. Um die Ergebnisse besser vergleichen zu können, wurden die Abtragswerte in Prozent umgerechnet, wobei herkömmlichem geschmolzenem Aluminiumoxid bei einem Druck von 30 psi (207 kPa) der Wert von 100% zugeordnet wurde.

TABELE II Gesamtabtrag, Gramm, für das angegebene beschichtete Schleifprodukt d. Korngröße 80
Beispiel Mineral Stahl Edelstahl Waspalloy Inconel Gußaluminium, Serien Kontrolle

Aus der vorstehenden Tabelle wird ersichtlich, daß in fast jedem Fall Produkte, die nur 10% des CUB-Minerals enthalten, wirksamer waren als Produkte, die entweder mit 100% des "minderwertigen" herkömmlichen geschmolzenen Aluminiumoxids oder mit 100% des "überlegenen" CUB-Minerals hergestellt waren. Dieses Ergebnis gilt als überraschend und synergistisch. Auch in jenen Fällen, wo Riemen, die mit dem gemischten Mineral hergestellt waren, tatsächlich nicht mehr Material abtrugen als jene, die mit einem der Zweikomponenten-Minerale hergestellt waren, war der Gesamtabtrag mehr, als man aufgrund einer linearen Interpolation auf der Basis der Menge des vorhandenen überlegenen Minerals hätte vorhersagen können.

Beispiel 5 - 8

Beschichtete Schleifriemen wurden hergestellt wie in Beispiel 1 und 4 (d. h. jeder mit 10% CUB) in den Korngrößen 36, 50, 60 und 80. Diese Riemen wurden dann nach dem zuvor beschriebenen Verfahren getestet, wobei gleichzeitig "überlegene" und "minderwertige" Minerale ausgewertet wurden; die Tests wurden jedoch über einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt, und nicht mit einer vorbestimmten Abtragsleistung. Dieser Zeitraum betrug 40 Minuten für die Riemen der Korngröße 50, und 30 Minuten für die Riemen der Korngröße 36, 60 und 80. Die Kontrollriemen für jede Korngröße waren herkömmliche Produkte, die mit geschmolzenem Aluminiumoxid hergestellt waren. Die Ergebnisse sind unten zusammengestellt:

TABELLE III Labortests
Beispiel Korngröße Abtragskraft Gesamtabtrag Kontrolle

Die Riemen der Korngröße 50 und der Korngröße 80 wurden dann im Vergleich zu denselben Kontrollriemen einem Feldtest unterzogen, wo folgende Ergebnisse beim Schleifen verschiedener Werkstücke aus kaltgewalztem Stahl und aus Werkzeugstahl erzielt wurden:

TABELLE IV Feldtests
Beispiel Korngröße Anzahl der fertigen Stücke Schraubenschlüsselgriffe Brechstangen Meißel Kontrolle

Die obigen Beispiele haben alle beschichtete Schleifprodukte beschrieben, bei denen die Schleifkörner mit einer einzigen Beschichtung aufgetragen wurden. Wie oben betont, wurden beschichtete Schleifprodukte gelegentlich so hergestellt, daß die Schleifkörner in zwei getrennten Stufen aufgetragen wurden, normalerweise durch Tropfbeschichten des unteren Teils und durch anschließendes elektrostatisches Beschichten des oberen Teils. Dieses Zweistufenverfahren bietet gewisse Vorteile in der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung, wo es möglich ist, die Schleifkörner so zu teilen, daß die erste Schicht im wesentlichen keine groben Teilchen enthält, und die zweite Schicht einen unverhältnismäßig hohen Prozentsatz an groben Teilchen enthält. Da bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung die groben Teilchen überwiegend aus einem vergleichsweise teuren "überlegenen" Mineral bestehen, besteht die Wirkung des Zweischichtensystems darin, eine höhere Konzentration dieser Teilchen in der Schleiffläche zu erreichen, die als erstes mit dem abzutragenden Material in Kontakt kommt. Die folgenden Beispiele erläutern ein System dieser Art.

Beispiele 9 - 13

In jedem dieser Beispiele wurde eine Hälfte der Gesamtmenge von Schleifkörnern der Korngröße 50 in einem ersten Durchgang aufgetragen, der im wesentlichen nur die Feinfraktion und die Kontrollfraktion von herkömmlichem geschmolzenem Aluminiumoxid enthielt, während die zweite Hälfte des Minerals der Korngröße 50 in Form einer Mischung von Mineralen aufgetragen wurde, die in einer Menge, die ausreicht, um die laut ANSI-Norm grobe Fraktion für die beiden kombinierten Mineralschichten zu bilden, einen spezifizierten Prozentsatz eines Minerals enthielt, das geschmolzenem Aluminiumoxid überlegen war. Um die Ergebnisse besser in Relation setzen zu können, wurden auch mehrere Kontrollbeispiele vorgesehen. Die Art dieser Beispiele und Kontrollbeispiele sowie die Ergebnisse der Schleiftests ähnlich den in Tabelle I beschriebenen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

TABELLE V Gesamtabtrag, Gramm, für d. angegebene beschichtete Schleifprodukt K.gr. 50
Beispiel Erste Mineralschicht Zweite Stahl Edelstahl Waspalloy Inconel Kontrolle Eine Schicht Vollklasse Fein- & Kontroll Korngröße Kontrollfr.

Beispiel 9 enthält 5% CUB basierend auf dem Gesamtgewicht des vorhandenen Minerals. In ähnlicher Weise enthalten die Beispiele 10 - 13 10% "überlegenes" Mineral basierend auf dem Gesamtgewicht des vorhandenen Minerals.

Man wird feststellen, daß die Leistung der Beispiele 9 - 13 wesentlich besser ist, als man aufgrund einer linearen Interpolation zwischen Kontrollbeispiel A und den Kontrollbeispielen B, C und D (wie zutreffend) basierend auf dem Prozentsatz des vorhandenen "überlegenen" Minerals vorhersagen würde.

Beispiele 14 - 17

Die folgenden Beispiele wurden alle nach den ANSI-Normen für Produkte der Korngröße 40 hergestellt, die auf Stoffunterlagen aus phenolharzverleimtem Drill ausgeführt waren unter Verwendung herkömmlicher Techniken für die Herstellung der Unterlage, der Grundschicht und der Deckschicht und für das Auftragen mit Ausnahme der Art des Schleifminerals und, bei zweien der Beispiele, des Verfahrens zum Auftragen dieses Minerals. Endlosriemen wurden aus jeder Materialpartie hergestellt und auf SAE 1018 Stahl nach dem zuvor beschriebenen Verfahren getestet, wobei gleichzeitig beurteilt wurde, ob das Mineral "überlegen" oder "minderwertig" war; alle Tests wurden jedoch über eine vorbestimmte Zeitdauer (22 S Minuten) durchgeführt und nicht mit einer vorbestimmten Abtragsleistung, mit einer Kraft von 43 lbs (19,5 kg). Die Ergebnisse sind unten zusammengestellt:

TABELLE VI
Beispiel Mineral Gesamtabtrag, Gramm Kontrolle Vollklasse Fein- und Kontrollfraktion Korngröße

Die obigen Beispiele beziehen sich alle auf die Herstellung beschichteter Schleifriemen. Dieselben Prinzipien und allgemeinen Systemtypen gelten auch für die Herstellung beschichteter Schleifscheiben, die auf einer 30 mil (etwa 0,76 mm) dicken Unterlage aus vulkanisierter Faser hergestellt werden. Die folgenden Beispiele sind alle Produkte der Korngröße 50, die nach den herkömmlichen Beschichtungsnormen hergestellt wurden, wobei alles herkömmliche Komponenten waren bis auf das verwendete Mineral oder die verwendete Mineralmischung.

Beispiele 18 - 20

Gehärtete Scheiben mit einem Durchmesser von 7 in (17,8 cm) wurden zunächst in herkömmlicher Weise hin- und hergebogen, um die harten Klebeharze kontrollierbar zu brechen, auf einem abgekanteten Unterlegklotz aus Aluminium montiert, und damit wurde dann die Oberfläche eines Werkstücks aus kaltgewalztem 1018 Stahl mit den Maßen 1 in (2,5 cm) · 7 R in (18,4 cm) · 2 in (5 cm) geschliffen. Jede Scheibe wurde mit 5000 UpM angetrieben, wobei der Teil der Scheibe, der über der abgeschrägten Kante des Unterlegklotzes lag, das Werkstück mit einer Kraft von 10 lbs (4,5 kg) oder 15 lbs (6,8 kg) berührte, was eine Scheibenabtragsbahn von 18,9 in² (etwa 120 cm²) ergab. Jede Scheibe wurde zum Schleifen von 10 getrennten Werkstücken für jeweils 1 Minute verwendet, und die Abtragswerte insgesamt sind in der nachfolgenden Tabelle VII angegeben:

TABELLE VII
Beispiel Mineral der Korngröße 50 Gesamtabtrag, g für das angegebene besch. Schleifprodukt Kontrolle Vollklasse Fein- und Kontrollfraktion Durchgänge

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß die Schleifwirkung der Beispiele wesentlich größer ist als aufgrund einer linearen Interpolation zwischen den Kontrollen M und N hätte vorhergesagt werden können.

Beispiele 21 - 28

Gehärtete Scheiben der Korngröße 24 mit einem Durchmesser von 7 in (17,8 cm) wurden mit verschiedenen Kombinationen von Schleifkörnern hergestellt und unter einer Last von 15 lbs (33 kg) im wesentlichen in der gleichen Weise getestet wie in den Beispielen 18 - 20, aber an einem 8 in (20 cm) langen Werkstück. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

TABELLE VIII
Beispiel Mineral Gesamtabtrag, Gramm Kontrolle Vollklasse Si&sub3;N&sub4;-beschichtetes SiC ("SNAG"), wie im US-Patent Nr. 4 505 720 (Fein- u. Kontrollfraktion AO) : Kontroll- u. Grobfraktion CUB)

Es sei darauf hingewiesen, daß die Leistung der erfindungsgemäß hergestellten beschichteten Schleifprodukte nicht nur der Leistung der beschichteten Schleifprodukte konstant überlegen ist, die mit Vollklasse-Mischungen hergestellt wurden, sondern auch der Leistung überlegen ist, die durch Interpolation zwischen den einzelnen Abtragswerten für die gemischten Minerale vorhergesagt werden würde.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehenden Beispiele nur der Erläuterung dienen, und daß zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann mehr als eine Art von "überlegenem" Mineral, von "minderwertigem" Mineral, oder von beidem verwendet werden. In ähnlicher Weise kann auch das Gewicht der in jeder Schicht eines mehrfach beschichteten Produktes verwendeten Schleifkörner variiert werden; ferner können mehr als zwei Mineralschichten aufgetragen werden.


Anspruch[de]

1. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt mit einer spezifizierten Nenngröße der Schleifkörnchen, die fest haftend auf eine Folienunterlage aufgebracht sind, wobei die Schleifkörnchen so angeordnet sind, daß sie ein Werkstück auf der beschichteten Fläche direkt berühren, wobei die Teilchengröße der Körnchen im Bereich der spezifizierten Nenngröße von fein bis grob liegt, und die Körnchen aus mindestens zwei Arten eines Minerals bestehen, wobei eine dieser Arten einer äquivalenten Korngröße der anderen Art oder anderer Arten nachweisbar überlegen ist bei Schleifvorgängen, für die das beschichtete Schleifprodukt verwendet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß dieses überlegene Mineral hauptsächlich in dem groben Teil enthalten ist, und das überlegene Mineral den geringeren Anteil der gesamten Schleifkörnchen ausmacht.

2. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überlegene Mineral 5 % bis 30 % des Gesamtgewichtes der Schleifkörnchen ausmacht.

3. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörnchen in mindestens zwei Schichten vorhanden sind, wobei das überlegene Mineral vorwiegend in der äußersten Schicht vorhanden ist.

4. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Schichten im wesentlichen nur den feineren Teil des minderwertigen Minerals enthalten, und die äußerste Schicht enthält den feineren Teil des minderwertigen Minerals und den groben Teil des überlegenen Minerals.

5. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das überlegene Mineral 10 % bis 20 % des Gesamtgewichts der Schleifkörnchen ausmacht.

6. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen eine Kontrollfraktion umfassen, eine Übergrößenfraktion mit Teilchen, die gröber sind als die Kontrollfraktion, und eine Feinfraktion mit Teilchen, die feiner sind als die Kontrollfraktion, wobei die unteren Schichten im wesentlichen nur die Fein- und die Kontrollfraktion des minderwertigen Minerals enthalten, und die äußerste Schicht enthält die grobe Fraktion des überlegenen Minerals.

7. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörnchen aus mindestens zwei Arten von Mineral auf Aluminiumoxidbasis bestehen, wobei eine dieser Arten als kleinerer Teil vorhanden ist und einer äquivalenten Korngröße der anderen Art nachweisbar überlegen ist beim Schleifen von kaltgewalztem Stahl, wobei das überlegene Mineral auf Aluminiumoxidbasis in dem groben Teil konzentriert ist.

8. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Teilchen im wesentlichen aus miteinander verschmolzenem Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid bestehen, und der Rest der Schleifteilchen besteht im wesentlichen aus geschmolzenem Aluminiumoxid.

9. Flexibles beschichtetes Schleifprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Teilchen im wesentlichen aus nicht geschmolzenen synthetischen Mineralkörnern bestehen mit einer mikrokristallinen Struktur, umfassend eine sekundäre Phase von Kristalliten mit einer modifizierenden Komponente in einer Aluminiumoxidphase, die a-Aluminiumoxid enthält, wobei die modifizierende Komponente, basierend auf den Volumenprozent von Feststoffen des Minerals, ausgewählt ist aus

(a) mindestens 10 % Zirkoniumdioxid, Hafnium(IV)-oxid, oder einer Kombination der beiden,

(b) mindestens 1 % eines Spinells, der hergeleitet ist aus Aluminiumoxid und mindestens einem Oxid eines Metalls, das ausgewählt ist aus Cobalt, Nickel, Zink oder Magnesium, und

(c) 1 bis 45 % der Komponente (a) und mindestens 1 % der Komponente (b), wobei der Rest der Teilchen vorwiegend aus geschmolzenem Aluminiumoxid besteht.







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