Schleifwerkzeuge werden mit Fasern verstärkt, um sie widerstandsfähiger zu machen und ihren sicheren Einsatz bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu erlauben, insbesondere bei Metalltrennschnitten, Schleifputz- und Grobschleifvorgängen. Schleifwerkzeuge, die für solche Vorgänge bestimmt sind, werden im Allgemeinen als "dünne Schleifscheiben" bezeichnet.

Bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren für solche Schleifwerkzeuge werden gewebte Glasfaserstoffscheiben aus Stoffbahnen ausgeschnitten und in Formen für die Scheiben unter und auf einer Mischung von Schleifkorn- und Bindebestandteilen angeordnet. Die Scheiben werden dann in eine Form gepresst und ausgehärtet. Typische Herstellungsverfahren für gewebte Glasfaserstoffverstärkungen werden in der US- Patentschrift US-A-4,800,685, erteilt an Haynes, und in der US-Patentschrift US-A-4,401,442, erteilt an Oide, beschrieben. Obwohl diese Techniken einheitliche Verstärkungen über den Durchmesser der Scheibe erzielen, wobei die Scheibe durchgehend von der mittigen Befestigungsnabe bis zum Scheibenumfang bedeckt wird, sind die Herstellungsverfahren durch große Materialverschwendung (z. B. ein Mindestabfall von 22%) und hohen Arbeitskosten gekennzeichnet.

In einer nicht herkömmlichen Scheibenbauart wurde eine teilweise Verstärkung einer laminierten Verbundscheibe mit gewebtem Glasfaserstoff in der US-Patentschrift US-A- 5,431,596, erteilt an Akita et al., vorgeschlagen. Höhere Scheibengeschwindigkeiten wurden durch Verwendung von gewebten Garnsträngen (nicht hochgedrehte Garne) aus Glasfaser erzielt, wie in der US-Patentschrift US-A- 3,838,543, erteilt an Lakhani, offenbart. Gewebte Fasern, die höhere Festigkeits- und Leistungseigenschaften als Glasfaser aufweisen, werden zur Verstärkung von Scheiben in der US-Patentschrift US-A-4,259,089, erteilt an Waizer, und in der US-Patentschrift US-A-4,021,209, erteilt an Binkley, eingesetzt und Faserbeschichtungen werden für verbesserte Scheiben, die gewebte Fasern umfassen, in der US-Patentschrift US-A-4,338,357, erteilt an Pichler et al., verwendet.

Die Techniken mit Glasfaservliesverstärkung, wie sie auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, schaffen keine einheitlichen, wirksamen Verstärkungsmuster. Zum Beispiel würde der gebogene, vorzugsweise spiralförmige oder spirografische Pfad der Glasfaserverstärkung, wie in der kanadischen Patentschrift CA-A-2,108,094; erteilt an Rector, offenbart, eine Scheibe schaffen, die eine tangentiale Verstärkung aufweist, die keinen Widerstand gegen eine seitliche Belastung aufbringen könnte. Die Scheibe besitzt auch Faserstränge parallel zur Schleiffläche der Scheibe, welche verschiedene Probleme (z. B. Aufweiten) im Schleifbetrieb verursachen würden. Ähnliche Probleme mit nicht einheitlicher Verstärkung, also Nichterreichen von Bruchgeschwindigkeitsvorschriften und Fehlen ausreichender Verstärkung an der Schleiffläche der Scheibe, ergeben sich aus der "Fahrradspeichen"- Faserlagenbauart, die in der deutschen Patentschrift DE- 1,291,648, erteilt an Kistler et al.; und aus dem ringförmigen Fasermuster, wie es in der US-Patentschrift US-A-3,262,230, erteilt an Seymour et al., offenbart wird.

Der Einsatz einer Verstärkung aus kurzen, gebrochenen Fasern, wie z. B. in den US-Patentschriften US-A- 4,989,375, erteilt an Henmi; US-A-4,657,563, erteilt an Licht et al.; US-A-4,253,850, erteilt an Rue et al.; in der britischen Patentschrift GB-A-2,137,220, erteilt an Rands; und in der deutschen Patentschrift DE-A-1,502,655, erteilt an Ruggeberg, offenbart, stellen keine ausreichende Festigkeit bereit, um dünne Schleifscheiben für den größere Ansprüche stellenden Hochgeschwindigkeitsschleifbetrieb zu verstärken.

Andere Faservliesverstärkungstechniken, wie sie auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind und die entsprechende Scheibenfestigkeit bereitstellen könnten, sind nicht zielführend, da sie komplexe Verfahren mit hohen Arbeitskosten oder Maschinenkosten erfordern. Zum Beispiel erfordert ein Verfahren zum Verstärken von Scheiben, wie es in der US-Patentschrift US-A-3,121,981, erteilt an Hurst, offenbart wird, die folgenden Schritte: Beschichten eines fasrigen Plattenmaterials, das Schleifkörner umfasst, mit Bindemittel, Anordnen paralleler Stränge von verstärkenden Fasern auf der klebrigen Oberfläche, Beschichten der verstärkenden Fasern mit einer Schicht einer Mischung aus Schleifkörnern und organischem Kleber, Trocknen und Schneiden des sich ergebenden Laminats in die Scheibenform und Stapeln der Schichten des Laminats, wobei die verstärkenden Fasern in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind, und Formen des Stapels, um eine Scheibe auszubilden. Wie in der US-Patentschrift US- A-4,164,098, erteilt an Akita, offenbart, wird eine blumige Anordnung von langen und kurzen "Blütenblättern" als eine Hilfsverstärkung nahe der Nabe der Scheibe mit gewebter Glasfaserstoffverstärkung eingesetzt, die von der Nabe zum Umfang der Scheibe vorgesehen ist. Diese Verfahrensabschnitte mit Vliesfasern erfordern umfangreiche und kostspielige Verfahrensschritte, um eine Scheibenverstärkung zu erzielen.

Es hat sich herausgestellt, dass Verfahren zum Ausbilden von Mustern aus Vliesfasern auf relativ billiger Maschinausrüstung eingesetzt werden können, um einheitlich verstärkte, dünne Schleifscheiben herzustellen. Dünne Schleifscheiben, insbesondere Scheiben mit erhabenen Naben, die mit solchen einheitlichen Mustern aus Vliesfasern verstärkt sind, weisen eine deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Nabenauszug während des Schleifbetriebs auf. Es wurde eine Vorrichtung entwickelt, um diese regelmäßigen Vliesfaseranordnungen mit hohem Wirkungsgrad herzustellen.

Fig. 1A-1D sind Darstellungen eines Verfahrens zum Herstellen einer Vliesfaseranordnung in einem Zickzack- Muster mit einer oder zwei Faserspulen, wobei ein Rechen und eine rotierende Platte mit feststehenden Stiften eingesetzt wird.

Fig. 2A-2C sind Darstellungen eines zweiten Verfahrens zum Herstellen einer Vliesfaseranordnung in einem Zickzack-Muster mit einer oder zwei Faserspulen, wobei bewegbare Stifte auf einer kreisförmigen Plattform eingesetzt werden.

Fig. 3 ist eine Darstellung eines Verfahrens, das für das Herstellen eines Zickzack-Musters aus Vliesfasern mit einer oder zwei Faserspulen nützlich ist, wobei ein Weberschiffarm auf einer Platte mit feststehenden Stiften eingesetzt wird.

Fig. 4A-4F sind Darstellungen eines Verfahrens zum Herstellen einer Vliesfaseranordnung in einem Kreuzmuster mit einer Mehrzahl von Faserspulen, die mit bewegbaren Faserführungen verbunden sind.

Fig. 5-6 sind Darstellungen einer Vorrichtung, die für das Herstellen eines Kreuzmusters aus Vliesfasern mit einer Mehrzahl von Faserspulen, die mit bewegbaren Faserführungen verbunden sind, nützlich ist.

Jedes Verfahren und jede Vorrichtung zur Ausrichtung von Fasern kann verwendet werden, um die Vliesfaserverstärkungen für dünne Schleifscheiben herzustellen, vorausgesetzt, dass gemäß der Erfindung die Verstärkung eine einheitliche Menge an Fasern in einer einheitlichen räumlichen Anordnung von der Scheibennabe zum Scheibenumfang aufweist. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "einheitlich" ein regelmäßiges Muster aus Zellen, das durch die Schnittpunkte von zwei oder mehr Fasern definiert wird, z. B. das Kreuzmuster quadratischer Zellen, die durch zwei parallele Faseranordnungen, die mit 90 Grad zueinander angeordnet sind, definiert werden, ein Muster, welches das Aussehen gewebten Stoffs nachahmt. Um die Scheibensicherheit und die Schleifgeschwindigkeit größtmöglich zu gestalten, stellen das Verfahren und die Vorrichtung Verstärkungen bereit, die im Wesentlichen parallele Fasern aufweisen, die in einer kreuzförmigen Anordnung mit Faserkreuzungswinkeln von ungefähr 45 bis 135 Grad, vorzugsweise ungefähr 90 Grad, gruppiert sind.

Die Verfahren und die Vorrichtung sind vorzugsweise nach dem Kriterium kostengünstige, automatisierte Herstellung mit geringstem Faserabfall ausgewählt. Beispiele für geeignete Verfahren und eine Vorrichtungsbauart werden in Fig. 1-6 dargestellt. In den Zickzack-Verfahren, die in Fig. 1-3 gezeigt werden, müssen nur eine oder zwei Faserversorgungsspulen gewartet werden, um die Faserausrichtung durchzuführen. In dem Verfahren mit mehrfachen, nicht fortlaufenden Fasern, das in Fig. 4A- 4F gezeigt wird, wird eine Mehrzahl von Versorgungsspulen verwendet, um Fasern in den Vorgang einzuspeisen.

Fig. 1A-1D veranschaulichen die Schritte eines Zickzack-Verfahrens zur Faseranordnung. Wie gezeigt, versorgt die Faserspule 1 eine Faser 2, die am führenden Ende an einem Anker 3 angebracht ist. Die Faser 2 kann durch ein warmes Harzbad 4 hindurchgezogen werden, um die Faser mit Harz zu überziehen. Die Faser 2 wird entlang einer Tangente an einer kreisförmigen, drehbaren Plattform 5, die eine Mehrzahl von feststehenden Stiften 6 umfasst, die entlang des Umfangs 7 der drehbaren Plattform 5 angeordnet sind, ausgerichtet. Ein gebogener Rechen 8 ist benachbart dem Umfang 7 der drehbaren Plattform positioniert und die Faser 2 geht zwischen dem Rechen 8 und dem Umfang 7 im Anfangsschritt des Verfahrens hindurch, wie in Fig. 1A gezeigt. Der Rechen 8 wird dann in die Richtung 8a in Richtung der drehbaren Plattform 5 bewegt, wobei er die Faser 2 aufnimmt, die Faser 2 in dem Abschnitt der feststehenden Stifte 6 am nächsten zum Rechen 8 erfasst und die Faser 2 über die drehbare Plattform 5 hinwegträgt, wo entweder der Rechen 8 oder die drehbare Plattform 5 so vertikal bewegt wird, dass die Faser 2 auf den verbleibenden feststehenden Stiften 6 eingehängt wird. Wie in Fig. 1B gezeigt, wird der Rechen 8 dann in die Richtung 8b in seine ursprüngliche Position zurückgezogen, wobei er eine parallele, Zickzack-gerichtete (0 Grad) Anordnung der Faser 9 hinterlässt. Ein Harzsprühnebel oder eine Harzbeschichtung kann aufgebracht werden, um die Faseranordnung 9 anstelle oder zusätzlich zum Durchziehen der Faser durch ein warmes Harzbad zu beschichten. Um die Faserausrichtung zu vervollständigen, wird die drehbare Plattform gedreht, z. B. um 90 Grad zu ihrer ursprünglichen Position 5a in eine zweite Position 5b, wie in Fig. 1B und 1C gezeigt, und der Rechen 8 wird wiederum über die Faser 2 durch einen Abschnitt der feststehenden Stifte 6 über die drehbare Plattform 5 und über die verbleibenden feststehenden Stifte 6 hinweggeführt, um die Faser 2 einzuhängen und eine parallele, Zickzack-gerichtete (z. B. 90 Grad) Faseranordnung 11 bereitzustellen, wie in Fig. 1D gezeigt. Die Faseranordnungen werden dann miteinander verklebt, z. B. durch Wärme, wahlweise mit einem Sprühnebel aus Harz, um die Faseranordnungen 9 und 11 zu beschichten, und wahlweise mit Druck. Wenn zur Verstärkung erwünscht, können zusätzliche Faseranordnungen bereitgestellt und mit den ursprünglichen Faseranordnungen 9 und 11 verklebt werden. Die sich ergebende, kreuzförmig gelegte Faservliesverstärkungsscheibe wird von den feststehenden Stiften 6 und der drehbaren Plattform 5 durch mechanische Mittel (z. B. Einblasen von Luft, Abheben mit Greiffingern oder Vakuum, Umdrehen usw.) abgenommen und als Verstärkung in einer dünnen Schleifscheibe verwendet.

Fig. 2A-2C veranschaulichen zwei alternative Verfahren zum Herstellen der Faserverstärkungsscheiben, die Zickzack-Faseranordnungen und bewegbare Stifte über einer Haltescheibe 14 einsetzen, wobei die Haltescheibe drehbar sein kann oder auch nicht, je nachdem wie von der Vorrichtung verlangt, die zur Ausführung des Verfahrens auswählt wird. In einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird ein erster Satz bewegbarer Stifte 12 in einer Reihe quer über den Durchmesser der Haltescheibe 14 am oder nahe dem Mittelpunkt 14a der Haltescheibe 14 ausgerichtet. Ein zweiter Satz bewegbarer Stifte 13 wird in einer Reihe quer über den Durchmesser der Haltescheibe am oder nahe dem Mittelpunkt 14a und parallel dem ersten Satz bewegbarer Stifte 12 ausgerichtet. Jeder der bewegbaren Stifte 12 ist auf einem Arm 16 angebracht, der eine Bewegung in die Richtungen, die als 12a gekennzeichnet sind, ausführen kann. Ähnliche Arme (nicht gezeigt), die eine Bewegung in die Richtungen, die als 13a gekennzeichnet sind, ausführen können, sind an jedem der bewegbaren Stifte 13 angebracht. Die Faser 2 wird zwischen die zwei Reihen bewegbarer Stifte 12 und 13 von einer Versorgungsspule 1, mit dem führenden Ende in einem Anker 3 befestigt, gezogen.

Wie in Fig. 2A gezeigt, können die Arme 16 eingesetzt werden, um die Stifte 12 in Richtung der Faser 2 zu bewegen, wobei die Faser eingehängt und die Faser 2 in einem Halbkreis in Richtung des Umfangs 15 der Haltescheibe 14 gezogen wird. Gleichzeitig werden die bewegbaren Stifte 13 quer über die Faser 2 in eine Richtung 180 Grad zur Richtung der bewegbaren Stifte 12 bewegt, wobei die Faser eingehängt und die Faser 2 in einem Halbkreis in Richtung des Umfangs 15 der Haltescheibe 14 gezogen wird. Die Positionen am Umfang 15 der Faser 2, der Stifte 12 und der Arme 16 werden in gestrichelten Linien in Fig. 2A gezeigt. Eine oder mehrere Spannvorrichtungen 10 können verwendet werden, um die Faserspannung während dieses Schrittes einzustellen. Zusätzlich können die bewegbaren Stifte 12 und 13 aufeinanderfolgend betätigt werden, um die Spannung während des Ziehens der Fasern gering zu halten. Am Umfang 15 wird die Faser 2 von den bewegbaren Stiften 12 und 13 freigegeben. In Abhängigkeit von der Vorrichtung, die zur Ausführung dieses Verfahrens ausgewählt wird, kann ein zweiter Satz Stifte eingesetzt werden, um eine zweite Faseranordnung auszurichten, und die Vorgangsablaufschritte werden wiederholt. Alternativ dazu werden bei Verwendung desselben Stiftsatzes entweder die bewegbaren Stifte 12 und 13 oder die Haltescheibe 14, welche die erste parallele Zickzack-gerichtete (0 Grad) Faseranordnung trägt, um 45 bis 135 Grad, vorzugsweise 90 Grad, aus der ursprünglichen Anordnung gedreht und die Fasereinzieh- und Faserverziehschritte werden wiederholt, um eine oder mehrere parallele, Zickzack-gerichtete (z. B. 90 Grad) Faseranordnungen auf die erste Faseranordnung drauf herzustellen. Die sich ergebende Kreuzfaservliesanordnung wird dann verarbeitet, wie oben für das Verfahren, das in Fig. 1A-1D gezeigt, beschrieben, und dazu verwendet, um dünne Schleifscheiben herzustellen.

In einer zweiten Ausführungsform dieses Verfahren, das eine unterschiedliche Art von Vorrichtung verwendet, sind die Ausgangsposition und die Bewegungsrichtung der Reihen bewegbarer Stifte 12 mit jenen der Reihe bewegbarer Stifte 13 ausgetauscht und die Faser 2 wird in Richtung des Umfangs 15 durch die Stiftreihen 12 und 13 geschoben, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, anstatt in Richtung des Umfangs 15 gezogen zu werden, wie in Fig. 2A dargestellt.

In dem zweiten Verfahren, das in Fig. 2A-2C dargestellt ist, wird die Faservliesscheibe hergestellt, wie in Fig. 2B und 2C dargestellt. Ein erster Satz bewegbarer Stifte 12, der in einem Halbkreis angeordnet ist, ist mit einem bewegbaren Arm 17 verbunden, der anfänglich am Umfang 15 der Haltescheibe 14 positioniert ist. Eine Faser 2, von einer Versorgungsspule 1 kommend, wird über einen zweiten Satz bewegbarer Stifte 13 gezogen, die in einem Halbkreis entlang des Umfangs 15 der Haltescheibe 14 aufgestellt sind, und das führende Ende der Faser wird an einem Anker 3 angebracht. Der bewegbare Arm 17 wird in Richtung der Faser 2 und über die Faser 2, die bewegbaren Stifte 13 und die Haltescheibe 14 zum Umfang 15 hin bewegt, wodurch die Faser 2 in eine erste parallele, Zickzack-gerichtete (0 Grad) Faseranordnung gezogen wird, wie in Fig. 2C gezeigt. Der bewegbare Arm 17 wird dann zurückgezogen. In Abhängigkeit von der Vorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens ausgewählt wird, kann ein alternativer Satz Stifte für den nächsten Schritt eingesetzt werden, oder es wird entweder die Haltescheibe 14, welche die erste Faseranordnung trägt, gedreht oder es werden die bewegbaren Stifte 12 und 13 gemeinsam mit dem bewegbaren Arm 17 um 45 bis 135 Grad, vorzugsweise 90 Grad, gedreht. Der Faserverziehschritt wird wiederholt, um eine oder mehrere, Zickzack-parallel-gerichtete (z. B. 90 Grad) Faseranordnungen auszubilden, und die Faseranordnungen werden abgeschlossen, wie oben beschrieben, wodurch sich eine kreuzlagige Faservliesverstärkungsscheibe ergibt, die zum Einsatz in der Herstellung dünner Schleifscheiben geeignet ist.

Fig. 3 veranschaulicht ein drittes Zickzack-Verfahren zum Herstellen einheitlicher Faservliesverstärkungsscheiben für dünne Schleifscheiben. In diesem Verfahren führt ein Weberschiffarm 18 eine Faser 2, die durch eine Nadel 19 gefädelt wird, in einem Zickzack-Muster über die Haltescheibe 14, wobei die Faser 2 um jeden einer Mehrzahl von feststehenden Stiften 6 eingehakt wird, die am Umfang 15 der Haltescheibe 14 angeordnet sind, um eine erste Zickzack-parallelgerichtete (0 Grad) Faseranordnung herzustellen. Eine Führungsvorrichtung für die Bewegung des Webschiffarms 18 kann eingesetzt werden, um die Grenzen des Umfangs der Zickzack-Faseranordnung zu definieren.

Die Haltescheibe 14 kann ein Teil eines Förderbands in einer Fertigungsstraße, einer drehbaren Plattform, des Bodens einer Schleifscheibenform oder eine Vielzahl von alternativen Strukturen sein, die so ausgebildet sind, dass sie ungefähr dieselbe Größe und Form wie eine Schleifscheibe aufweisen, für welche die Verstärkungsscheibe vorgesehen ist. In Abhängigkeit von der eingesetzten Vorrichtung wird entweder der Aufbau, der den Webschiffarm 18, die Nadel 19 und die Faser 2 umfasst, von ungefähr 45 bis 135 Grad, vorzugsweise 90 Grad, in Bezug auf die erste Zickzack-Faseranordnung gedreht oder die Haltescheibe 14 wird um die beabsichtigte Distanz gedreht, um eine oder mehrere Zickzack-Faseranordnungen ausbilden und verkleben zu können, um die beabsichtigte kreuzlagige Faservliesverstärkungsscheibe herzustellen.

Die Verfahren, die in Fig. 1-3 dargestellt werden, verstehen sich nur als Beispiele und tragen nicht die Absicht in sich, den Umfang der Erfindung zu beschränken. Das Verfahren der Erfindung kann auch auf andere Arten ausgeführt werden, vorausgesetzt das Verfahren verwendet nicht mehr als eine Faserversorgungsquelle für jede Art Faser, die in der Zickzack-Faseranordnung angeordnet wird, stellt ein Vliesmuster bereit, das sich durch Festigkeit in zwei Richtungen und Widerstandskraft gegenüber seitlichen Belastungen auszeichnet, wenn in eine Schleifscheibe eingeklebt, und ermöglicht eine einheitliche Fasermenge und einheitlichen Faserabstand vom Mittelpunkt bis zum Umfang der Faserverstärkungsscheibe, die durch das Verfahren hergestellt wird. In gleicher Weise kann verschiedene Maschinausrüstung durch Fachleute auf diesem Gebiet der Technik ausgewählt und eingesetzt werden, um die Faservliesverstärkungsscheiben zu produzieren und um dünne Schleifscheiben, welche die Verstärkungsscheiben umfassen, herzustellen.

Während Fig. 1-3 im Allgemeinen die Herstellung einer Faseranordnung als voller Kreis darstellen, ist auch mitbedacht, dass eine Faseranordnung über weniger als den vollen Kreis, z. B. über ein Viertel eines Kreises oder ein Drittel eines Kreises, der durch die Halteplattform umschrieben wird, ausgerichtet werden und dann das Werkstück gedreht werden kann, z. B. 45 Grad und nachfolgende Abschnitte an Faser über einen Abschnitt der ersten Anordnung ausgerichtet werden können. Auf diese Weise wird keine Faser über dem mittigen Loch der Verstärkungsscheibe angeordnet und eine Schleifscheibe kann ohne Ausschneiden eines mittigen Lochs hergestellt werden, so dass die Scheibe auf einer Schleifmaschine angebracht werden kann.

Bei Ausführung des Zickzack-Faserausrichtungsverfahrens wird bevorzugt, die Faseranordnungen miteinander zu verkleben. Jedoch könnte eine einzelne Zickzack- Faseranordnung als ein einzelnes Stück verwendet werden, über das eine oder mehrere zusätzliche Faseranordnungen gestapelt werden, die in einem Kreuzlagenmuster angeordnet und z. B. in einer Schleifscheibenform aufgenommen sind, um die Verstärkungsscheibe auszubilden. Dies könnte ausgeführt werden, indem eine Schleifscheibenform auf einem Band an einer ersten und einer zweiten Faserausrichtungsstation vorbeigefördert wird, wo eine erste und eine zweite Faseranordnung in der Form abgelegt werden. Während sich die Form auf dem Förderband die Fertigungsstraße hinunterbewegt, könnte eine Mischung aus Schleifkorn und Kleber auf die Faseranordnungen obenauf angeordnet werden, wiederum gefolgt von einer dritten und vierten Ablage einer Faseranordnung in der Form.

Bei der Herstellung einer bevorzugten verklebten Faservliesverstärkungsscheibe wird ein Harz auf die halbfertiggestellten Faseranordnungen vorzugsweise aufgesprüht oder diese werden auf andere Art beschichtet. Die unbeschichtete Faser kann leicht in eine Anordnung hineingezogen und darin verzogen werden, ohne dass die Klebrigkeit des Harzes diese Faserbewegung behindern und ohne dass durch die Bewegung so viel Spannung während der Verarbeitung aufgebaut würde, was die Fasern brechen ließe. Jedoch kann bei einer Maschinausrüstung mit geeigneten Spannvorrichtungen und Zeitablaufsteuerungen ein Harzbad eingesetzt werden, um die Fasern mit Harz vor dem Herstellen der Faseranordnungen zu beschichten. Für jedes der Beschichtungsverfahren kann das Harz erwärmt werden, um ein festes Harz zu verflüssigen oder die Viskosität eines flüssigen Harzes herabzusetzen oder das Harz kann solvatisiert oder mit einem Lösungsmittel oder einem Verdünnungsmittel gestreckt werden, das anschließend verdampft wird, um ein entsprechendes Beschichten der Faser zu erreichen. Harze, die im Wesentlichen bei Raumtemperatur fest sind, werden für das darauffolgende Handhaben der Verstärkungsscheiben bevorzugt. Eine Harzbeschichtung auf der Faser wird als ein Mittel bevorzugt, um Faserbeschädigungen während des Handhabens zu vermeiden, die Verklebung der Verstärkungsscheibe mit den Bestandteilen der Schleifscheibe zu verbessern und die Faserausrichtung während der Herstellung der Schleifscheiben zu fixieren.

Fig. 4A-4F veranschaulichen ein Verfahren mit einer Mehrzahl von nicht fortlaufenden Fasern zur Herstellung einer einheitlichen Vliesverstärkungsscheibe für dünne Schleifscheiben. Wie in Fig. 4A gezeigt, wird jede einer Mehrzahl von Fasern 2, die in einer parallelen Richtung durch eine Faseranordnungsklemme 21 gehalten wird, einzeln durch eine Mehrzahl von Faserführungen 20 ergriffen. Die Fasern 2 werden von einer Mehrzahl von Faserversorgungsspulen 1 abgezogen und können durch ein gewärmtes Harzbad 4 durchgezogen werden, um die Fasern mit Harz zu beschichten. Anders als beim Zickzackfaser- Verfahren wird im Verfahren mit einer Mehrzahl von nicht fortlaufenden Fasern ein Harzbad gegenüber nachfolgenden Besprüh- oder Beschichtungsschritten bevorzugt, da die Faserspannung viel einheitlicher und leichter zu regeln ist und der Schritt zur Beschichtung der Fasern im Vorhinein viel wirksamer ist.

Die Faserführungen 20 sind anfänglich in einem Halbkreis am Umfang 7 der drehbaren Plattform 5 angeordnet, wie in Fig. 4A gezeigt, sind aber in der Lage nach vor und zurück in parallelen Bahnen (nicht gezeigt) über die drehbare Plattform 5 von den Punkten auf der Ausgangshälfte des Umfangs 7 zu Punkten auf der gegenüberliegenden Hälfte des Umfangs 7 zu verfahren. Die Bewegungen der einzelnen Faserführungen 20 zu einem Punkt auf halbem Weg in der Mitte der drehbaren Plattform 5 und dann auf die gegenüberliegende Hälfte des Umfangs 7 werden in Fig. 4B und 4C dargestellt. Ein halbkreisförmiger Abschnitt einer kreisförmigen Messerklinge 22 schneidet die Fasern 2 an der Ausgangshälfte des Umfangs 7 ab, wie in Fig. 4D gezeigt, und die Faserführungen 20 werden auf die Ausgangshälfte des Umfangs 7 zurückgeführt, wo neue Fasern 2 in die Faserführungen 20 mittels einer Nocke (nicht gezeigt) zugeführt werden. In diesem Stadium ist auf der drehbaren Plattform 5 eine parallel gerichtete (0 Grad) Anordnung von nicht fortlaufenden Fasern 23 vorhanden, die ungefähr dieselbe Größe und Form wie die dünne Schleifscheibe aufweisen, die verstärkt werden soll. Die Anordnung der nicht fortlaufenden Fasern 23 wird, wie in Fig. 4E gezeigt, auf ungefähr 45 bis 135 Grad, vorzugsweise auf 90 Grad, aus einer parallel gerichteten Ausgangsposition von 0 Grad gedreht. Der Vorgang des Ziehens einer Mehrzahl von Fasern 2 mit den Faserführungen 20 und des Abschneidens der Fasern 2 wird wiederholt, um ein kreuzförmiges Muster nicht fortlaufender Faseranordnungen 24 zu vervollständigen. Das kreuzlagige Faservliesmuster wird weiter verarbeitet, wie oben für das Zickzackfaser- Verfahren beschrieben, um eine Faservliesverstärkungsscheibe für den Einsatz in der Herstellung dünner Schleifscheiben zu erhalten.

Einer der Vorteile des Verfahrens mit vielfachen, nicht fortlaufenden Fasern besteht darin, dass eine Verschiedenheit an Fasertypen in der Verstärkungsscheibe verwendet werden kann. Zum Beispiel können Glasfasern und Kohlefasern miteinander verwendet werden, oder es kann eine Mischung aus Glasfaservorgarnen und Glasfasergarnen zum Einsatz kommen. Die Menge an Faser kann einfach durch Weglassen jeder anderen Faserversorgungsspule aus dem Vorgang halbiert werden.

Fig. 5 stellt eine Vorrichtung dar, die für das Durchführen des Verfahrens, gezeigt in Fig. 4A-4F, nützlich ist. Die Vorrichtung umfasst eine drehbare Plattform 25, die auf einem Rotationsmittel 26 angebracht ist, und ein ortsfestes Aufbausockelmittel 27 mit einer Bodenplatte 28, die eine Reihe von bodenparallelen Nuten 29 umfasst, und mit einer Kopfplatte 30 mit einer synchronisierten Reihe von oberen parallelen Nuten 31, die an dem bewegbaren Haltearm 32 für die Kopfplatte und den bewegbaren Haltearm 33 für die Bodenplatte angebracht und einen definierten Abstand über der Ebene der drehbaren Plattform 25 positioniert sind.

Im Betriebsfall veranlasst die Bewegung des Haltearms 32 für die Kopfplatte 30 jede Faserführung 20, die mit einem der Schlitze 31 in der Kopfplatte 30 in Eingriff steht, sich zu bewegen, und jede Länge der Schlitze 31 definiert die Verfahrstrecke der entsprechend in Eingriff stehenden Faserführung 20. Die Verfahrstrecke der Faserführung 20 bestimmt die Länge der Faser 2, die auf der Plattform 25 abgelegt wird. Jede Faserführung 20 steht auch mit einem der Schlitze 29 in der Bodenplatte 28 in Eingriff und diese Schlitze 29 halten die Fasern 2 während des Betriebsvorgangs in einer parallelen Ausrichtung.

Die Faserführungen 20 der Vorrichtung aus Fig. 5 werden genauer in Fig. 6 dargestellt. Eine Nut 37 sichert die Faserführung 20 gegen die Bodenplatte 27 so, dass sich die Faserführung 20 in einer Bahn bewegt, die durch den Schlitz 29 in der Bödenplatte 28, mit dem sie in Eingriff steht, definiert ist. Der Kopf 38 der Faserführung bewegt sich in einer Bahn, die durch den Schlitz 31 in der Kopfplatte 30 (nicht gezeigt), mit dem sie in Eingriff steht, definiert ist, um die Faser 2 zu positionieren, die von den Federstahlklemmbacken 39 der Faserführung 20 ergriffen wird. Die Faser 2 wird in den Klemmbacken 39 durch eine Nocke 40 angeordnet. Wenn die Nocke 40 nach vorne bewegt wird, öffnet sie die Klemmbacken 39 und gibt das Ende einer Faser 2 in die Klemmbacken 39 frei, die in dem Haken 41 nach vorne getragen wird, der mit der Nocke 40 verbunden ist. Die Bewegungen dieser Bauteile werden so synchronisiert, dass die Vorrichtung, die in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, automatisch und ohne Unterbrechung betrieben werden kann.

Wie in Fig. 5 gezeigt, sind ein kreisförmiges Schneidmesser 22 und eine Pressplatte 35 auf einem bewegbaren Halteaufbau 36 über der drehbaren Plattform 25 angebracht. Das Schneidmesser 22 und die Pressplatte 35 können vertikal bewegt werden, um die Fasern 2 abzuschneiden, nachdem die nicht fortlaufende Faseranordnung ausgebildet worden ist, und um die kreuzlagigen Faseranordnungen wahlweise durch die Anwendung von Wärme zu pressen, damit die Verstärkungsscheibe verklebt wird. Der Halteaufbau 36 ist wahlweise mit linear oder kreisförmig bewegbaren Klemmen (nicht gezeigt) ausgestattet, um die Faser während der Schneidschritte, zusätzlicher Verziehschritte, der Faserführungsrückfahrschritte der Verklebeschritte, der Scheibenabnahmeschritte und Ähnlichem in ihrer Lage zu halten. Die Bewegung des Schneidmessers 22, der Pressplatte 35 und des Halteaufbaus 36 wird mit der Bewegung der drehbaren Plattform 25, der Faserführungen 20, der Nocken 40 und anderer Bauteile der Vorrichtung synchronisiert, um den automatischen Betrieb ohne Unterbrechungen zu ermöglichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die pneumatische Betätigung der Drehstellglieder, Kolben und anderer bewegter Bauteile in der gesamten Vorrichtung durchgängig eingesetzt, um einen genauen Ablauf zu ermöglichen. Als Alternative können Elektromotoren, die über verschiedenartige Getriebemechanismen in Eingriff gelangen, in der Vorrichtung verwendet werden. Der Ablauf wird vorzugsweise durch eine oder mehrere speicherprogrammierbare Steuerungen betrieben.

Andere Bauteile können der Vorrichtung, die in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, hinzugefügt werden, wie dies eben für eine gegebene Herstellungsanlage oder eine vorgegebene Schleifscheibe wünschenswert erscheint. Zum Beispiel wird für das Verstärken von 17,8 cm (7 Inch) oder 22,9 cm (9 Inch) großen Schleifscheiben keine kreisförmige Klemme notwendig sein, um die Anordnung aus nicht fortlaufenden Fasern während weiterer nachfolgender Bearbeitung in ihrer Lage zu halten, wohl aber kann dies für Scheiben mit größerem Durchmesser wünschenswert sein. Rückführbare Zähne oder Nuten auf einer drehbaren Plattform, die in der Lage sind, sich vertikal zu bewegen, können hinzugefügt werden, um die Faseranordnung in ihrer Lage für bestimmte Schritte zu halten und um sie dann, wenn sie nicht mehr gebraucht werden, zurückzuführen.

Verschiedene Formen und Bauarten der Bauteile der Vorrichtung können ausgewählt werden. Zum Beispiel werden die Bodenplatte 28 und die Kopfplatten mit rechteckiger Form vorgeführt, sie können aber kreisförmig sein oder eine unterschiedliche Form und Größe aufweisen, um Modifikationen an der Vorrichtung durchführbar zu machen. Es ist Absicht, dass die Vorrichtung an unterschiedliche Scheibengrößen für eine Vielzahl von Scheiben anpassbar ist. Daher kann die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform mit austauschbaren Teilen ausgestattet sein und sie ist so aufgebaut, um die Anforderungen für die größten und kleinsten Scheiben, die zur Schleifscheibenverstärkung gebraucht werden, zu erfüllen. In Hinblick auf die Ausrüstungsstandzeit wird die Vorrichtung vorzugsweise aus haltbaren Metallen wie aus rostfreiem Stahl aufgebaut, obwohl andere Materialien verwendet werden können, wo Ausrüstungsaufbau, Kosten, Reparatur oder Einsatz haltbare Metalle unerwünscht erscheinen lassen.

Fasern, die hierbei nützlich sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Glasfaser, Fasern aus Kohlenstoff, Bor, Aramid, Polyacrylnitril, hochdichtes Polyethylen und Ähnliches, Fasern aus Keramik wie Siliziumkarbid und Aluminiumoxid und Verbindungen daraus. Ein zusammengemengtes Vorgarn aus Glasfasern und Fasern aus organischem Polymer hat sich als für den Einsatz in diesem Zusammenhang geeignet herausgestellt. Einzelne oder unverdrillte Fäden aus Fasern (Vorgarne) oder mehrfache, verdrillte Fäden aus Fasern (Garne) und Verbindungen der zwei Arten können verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Glasfaservorgarne verwendet. Geeignete Glasfasermaterialien können von CertainTeed Corporation, Owens-Corning Fiberglass, PPG Corporation oder anderen Zulieferern bezogen werden. Obwohl eine Harzbeschichtung auf der Faser nicht wesentlich ist, wird sie besonders bei Glasfaser bevorzugt.

Harze, die hierin nützlich sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Phenolmaterialien verschiedener Sorten und Güteklassen, wobei Resolharze und/oder Novolaks mit oder ohne Vernetzungsmittel darunter sind; Epoxyharze; Acetatharze; Harnstoffharze; Polyethylen; und Verbindungen und Abkömmlinge davon. Geeignete Harze sind thermoplastische Harze der Art, dass das Harz die Fasern an den Faserschnittpunkten zu Positionierung während der Herstellung der Verstärkungsscheiben zusammenklebt und dann die Verstärkungsscheiben zum Handhaben miteinander verkleben kann, wenn die Schleifscheiben hergestellt werden. Geeignete Harze lassen Temperaturen bis zu ungefähr 180ºC ohne Verschlechterung der Eigenschaften zu und erlangen ihre Funktionalität anschließend an Heißpressvorgänge wieder, die typischerweise eingesetzt werden, um verstärkte Schleifscheiben herzustellen. Eine Beschichtung von ungefähr 10 bis 60, vorzugsweise 25 bis 45 Gewichtsprozent Harz in Bezug auf ein Fasergrundgewicht wird bevorzugt.

Die Faservliesverstärkungsscheiben der Erfindung können eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Scheibengrößen und Scheibenformen zu verstärken. In Abhängigkeit vom Verstärkungsfestigkeitserfordernis der Scheibe liegen die Zellen offenen Raums, die durch die Faserschnittpunkte in den Verstärkungsscheiben definiert werden, in ihrer Größe vorzugsweise zwischen ungefähr 0,1 mm bis 10 mm, insbesondere in der Größe von ungefähr 1 mm bis 5 mm. Die Scheiben sind am besten zum Verstärken dünner Schleifscheiben für Schruppschleifen, Abschleiftätigkeiten, Abschneidtätigkeiten und andere Schleiftätigkeiten mit hoher Geschwindigkeit, die hohe Metallabtragraten erfordern, geeignet. Typische Scheiben dieser Klasse werden in den US-Patentschriften U.S.-A- 4,253, 850, U.S.-A-4,338, 357, U.S.-A-4,230,461, U.S.-A- 4,657,563 und U.S.-A-4,800,685 beschrieben, deren Inhalte durch Hinweis hierbei aufgenommen sind. Diese Scheiben umfassen typischerweise eine oder mehrere Arten von Schleifkorn (ungefähr 24-60 Volumsprozent) wie Schmelz- Aluminiumoxid, Schmelz-Aliminiumoxid-Zirkondioxid, gesintertes Aliminiumoxid-Zirkondioxid, gesintertes Aliminiumoxid (durch Sol-Gel- oder geimpfte Sol- Vorgänge), gesintertes Bauxit und Siliziumkarbid; organische oder harzartige Kleber, typischerweise Phenol- oder Epoxidharzkleber (ungefähr 30-70 Volumsprozent); und verschiedene Füllstoffe, Zwischenlagenmaterialien und Verarbeitungszusätze wie Kryolith, Cyanit, Siliziumkarbid, Sulfide, Sulfate, Halogenide, Chloride, Fluoride und Mischungen derselben.

Beim Zusammenbau der verstärkten Scheibe wird eine Faservliesverstärkungsscheibe am Boden der Form angeordnet, eine Mischung aus Korn, Bindebestandteilen und anderen Scheibenbestandteilen wird in die Form hinzugefügt, eine zweite Faservliesverstärkungsscheibe wird auf die obere, ebene Oberfläche innerhalb der Form geschichtet, die Form wird abgedichtet, gepresst, wahlweise durch die Anwendung von Wärme, ausgehärtet mit einem Aufheizvorgang bei ungefähr 130-200ºC und die fertiggestellte Scheibe wird aus der Form entnommen. Abänderungen zu diesem grundlegenden Vorgang können von einem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik durchgeführt werden, um unterschiedliche Typen der Scheiben herzustellen, die unterschiedliche Mengen an Verstärkung in ausgewählten Bereichen der Scheiben umfassen.

Die Scheiben, die mit den Faservliesanordnungen der Erfindung verstärkt sind, sind stärker als gleichwertige Scheiben, die mit einer vergleichbaren Menge an gewebtem Faserstoff verstärkt sind. Während nicht der Wunsch besteht, durch eine Theorie gebunden zu sein, glaubt man, dass die gewebte Konfiguration des Faserstoffs an den Schnittpunkten der Fasern Belastungen erzeugt, die durch die Handhabung des Stoffs während der Herstellung verschlimmert werden, wobei diese Belastungen bei einer Faservliesanordnung nicht vorhanden sind. Diese Belastungen schwächen die Fasern und es tritt eine Schwäche der Faserverstärkung bei einer geringeren Last auf, dies besonders unter Bedingungen mit seitlicher Last.

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung der dünnen Schleifscheiben, die durch das Verfahren der Erfindung verstärkt werden, und zeigt die verbesserte Widerstandskraft der Scheiben gegenüber Nabenschäden auf Grund seitlicher Belastungskräfte.

Verstärkungsscheiben, die ein 90 Grad Kreuzlagenmuster der nicht fortlaufenden Faseranordnungen aufweisen, wurden von Hand aus Glasfaservorgarnen hergestellt, die aus Style 184 Materialien gewonnen wurden, wobei das Material von Industrial Polymer and Chemicals bezogen wurde. Die Ausrichtung der Fasern zu einer Verstärkungsscheibe würde von Hand durchgeführt, im Wesentlichen wie für das Verfahren, gezeigt in Fig. 4A- 4F, beschrieben.

Für die Prüfvergleichsscheibe wurden Verstärkungsscheiben aus gewebtem Glasfaserstoff (Style 184-Stoff, bezogen von Industrial Polymers and Chemicals) ausgeschnitten.

Die Schleifscheiben (Typ 1, flach, 7 Inch (17,78 cm) im Durchmesser bei 1/8 Inch (0,32 cm) Dicke) wurden aus 72,9 wt % (Gewichts-%) braunem Aluminiumoxidschleifkorn (36- iger Schleifkorn) (Washington Mills), 27, 1 Gewichts-% einer Mischung aus organischem Kleber (Novolak-Harz) (Oxychem) und Füllstoffen (Kaliumsulfat und Eisensulfid) hergestellt. Eine Verstärkungsscheibe wurde in eine 7 1/8 Inch (18,1 cm) Scheibenform eingelegt, das Schleifkorn und der Kleber wurden vermischt und in die Form hinzugefügt und eine weitere Verstärkungsscheibe wurde auf die Mischung angeordnet. Diese Bestandteile wurden mit 5 Tonnen/Quadratinch (703,1 kg/cm²) 10 Sekunden lang bei Raumtemperatur verpresst, dann bei Temperaturen bis 200ºC ausgehärtet. Die Scheiben wurden aus den Formen entnommen und geprüft: auf Oberflächengeschwindigkeitsfehler unter Verwendung der A.N.S.I. Prüfvorschriften; auf maximale Mittenlast aus seitlicher Kraftbelastung (eine Ring-auf-Ring Festigkeitsprüfung bei 0,05 Inch/Minute Belastungsrate auf einer Universalprüfmaschine, wobei die Last auf den Scheibenflansch von Nulllast bis zum Scheibenzerstörungsfall aufgebracht wurde); auf G- Kennwert (Metallabtragrate/Scheibenabnützungsrate), gemessen an einem Werkstück aus einem Kohlenstoffstahlrohr, mit einer 12 kg-Last auf der Schleifspindel; und auf Leistungsaufnahme während des Schleifens.

Die Ergebnisse, wie in der obigen Tabelle gezeigt, zeigen im Wesentlichen eine gleiche Schleifleistung für gewebte Faserverstärkung wie für Faservliesverstärkung mit einem deutlichen Anstieg (ungefähr 25%) beim Widerstand gegen den Schaden des Mittenauszugs an der Scheibe. Daher ergab der Einsatz der Faservliesverstärkungsscheibe der Erfindung in dünnen Schleifscheiben eine stärkere Scheibe, als sie durch eine gewebte Faserverstärkung erzielt werden konnte.