Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und nach diesem Verfahren hergestelltes Schleifwerkzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen, eine Vor- richtung zur Durchführung dieses Verfah- rens sowie ein naeh diesem Verfahren her gestelltes Schleifwerkzeug, und zwar insbesondere ein Schleifwerkzeug mit Diamantabfällen, die in eine Metallsehicht eingebettet sind.
Die Erfindung hat einerseits den Zweck, ein Verfahren zum Verteilen und schablonen- massigen Aufbringen von Schleifteilchen auf einen Träger vorzusehen, anderseits hat sie die Aufgabe, Schleifwerkzeuge herzustellen, deren Schleifpartikel in einem bestimmten Muster angeordnet sind.
Entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass nach dem Bedeeken der Oberfläche eines Trägers mit einer Klebemittelsehicht die Schleifteilchen durch eine dieht neben der Klebemittelsehieht angebrachte Schablone hin- durch auf die Klebemittelschicht aufgebracht werden. Zweckmϯig werden die Schleifteilehen mittels elektrostatischer Kräfte durch das Muster der Schablone getrieben.
Die Schleifpartikel können mit einem pulverförmigen Stoff vermiseht und dieser zusammen mit den Sehleifpartikeln durch die Offnungen der Schablone getrieben werden und anschlie¯end dieser Stoff durch ein Losungsmittel entfernt werden.
Ein hinsichtlich der Schleifpartikel ein lagiges Schleifwerkzeug kann dadurch erhalten werden, dass in der beschriebenen Weise eine Lage von Schleifteilchen in einem durch eine Schablone gebildeten Muster in einem metallenen Träger eingebettet wird, wobei der Träger zweckmässig auf elektrischem Wege niedergeschlagen wird.
Als Träger der Schleifpartikel kann zweckmässig unmittelbar ein Teil des Werkzeu. ges selbst dienen. In diesem Falle liegen jedoeh die Schneidkanten der Partikel nicht in der gleichen Ebene. Anderseits kann der Träger für die Schleifpartikel auch zunächst auf einem Rohling angebracht werden, der später wieder entfernt wird. In diesem Falle liegen alle Schneidkanten der Schleifteilchen in der gleichen Ebene.
An Hand der beiliegenden Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes beschrieben. Es zeigt :
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Verteilen und Aufbringen der Schleifteilchen auf einer Tragerfläche,
Fig. 2 eine Ansicht einer Schablone für die Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansieht zweier übereinanderliegender Schablonen mit unterschiedlicher Musterung,
Fig. 4-9 Darstellungen zur Erläuterung von Verfahrenssehritten bei der Herstellung eines Schleifwerkzeuges nach der Erfindung.
Ein ringförmiger Träger 3 nach Fig. 1 wird zunächst mit einer sehr dünnen Schicht 8 eines Klebemittels überzogen, und zwar wird die ganze Arbeitsfläche bedeckt. Der Träger 3 kommt dann in einen Haltering 41 aus Isolierstoff, beispielsweise aus Lucite .
Der Träger 3 passt genau, aber nicht straff, in den Haltering 41 und wird durch Klemm sehrauben 43 gehalten. Die untern Flächen von Haltering 41 und Träger 3 samt Klebesehicht sollen nach dem Anziehen der Sehrau- ben 43 bündig sein. Die Verbindung der beiden Teile wird vor dem Anbringen derselben am übrigen Teil der Vorrichtung vorgenommen.
Diese Vorrichtung besitzt einen Isolierrahmen zum Halten der Schleifteilchen 10, der Sehablonenmuster 45 und 46 und des Trägers 3 derart, dass die Teilchen 10 elek trostatiseh auf dem Ring 3 niedergeschlagen werden können.
In einem ringförmigen Unterteil 47 aus Isolierstoff ist eine Aussparung zur Auf- nahme eines Metallringes 49 angebracht, in den die Schteifteilchen 10 eingebraeht werden. Der Ring 49 kann trogähnlich im Querschnitt sein oder entspreehend der Zeichnung mehrere muldenförmige Vertiefungen 51 aufweisen. Letztere haben den Vorteil, dass sich die Mulden 51 leicht mittels eines Siebes mit Schleifpulver füllen lassen, worauf der ¯berschuss abgewischt werden kann. Diamantstaub, der durch ein 200-bis 400-Maschen- sieb geht, hat sich als sehr zufriedenstellend erwiesen.
Als iiberraschendes Ergebnis hat sich jedoch gezeigt, dass dieser verhÏltnismässig feine Staub Schnittgeschwindigkeiten zulässt, die ber dem üblicherweise bei Verwendung von viel groberen Kornern erwarteten Wert liegen, und gleichzeitig im gleichen Arbeitsgang noch eine Polierarbeit ausführt.
Es können auch grössere Korner bis hinauf zu einer Grosse, die einem 80-Maschensieb entspricht, verwendet werden ; die Erfindung befasst sich jedoch vor allem mit der Verwen dung von Schleifpulvern im Gegensatz zur Verwendung von einzelnen Sehneidsteinen, die praktisch Stück für Stüek behandelt werden müssen.
Vielfach ist es zweckmässig, die Schleif- teilchen 10 mit einem andern Pulver aus wasserlöslichen Stoffen, wie Natriumsulfat, zu mischen, so dass von Anfang an ein Abstand zwisehen den einzelnen Teilchen hergestellt wird. In einem späteren Verfahrens- stadium wird das Salz herausgelöst, so dal ? die Schleifteilchen einen gewissen Abstand voneinander behalten.
Es ist zweckmässig, f r die Mischung un gefähr 35 /o Diamantstaub und ungefähr 65 zozo eines l¯slichen Salzes zu nehmen, so dass nach dem Auslosen des Salzes die Dichte der Diamantteilehen nur etwa ein Drittel des Wertes beträgt, die diese ohne Salzzusatz ein- nehmen würden.
Die verwendeten Scha- blonenmuster werden vorzugsweise mit Off nungen von. einem Gesamtquerschnitt vor- gesehen, der die HÏlfte oder mehr oder weniger der gesamten Sehleiffläehe bedeekt. Da jedes Sehleifelement wegen des Salzes nur ein Drittel des überhaupt mögliehen Betrages an Diamantstaubenthält,ergibtsich,dass das Werkzeug insgesamt z. B. nur ein Seehstel oder weniger der maximal möglichen Anzahl von Diamantteilchen aufweist. Dies bedeutet einen grossen Vorteil für die Steigerung der Schneidgeschwindigkeit. Tatsächlich ergibt eine weniger grosse Gesamtabdeckung (auch z. B. eine entsprechend der Kreuzschablone der Fig. 3) höhere Sehneidgeschwindigkeiten.
Ein fester Nabenkörper 53 aus Isolierstoff mit einer Bohrung 55 passt genau in den ringförmigen Unterteil 47 und schliesst oben mit dessen Oberfläche ab. Diese Oberfläehe befindet sieh etwa 12, 5 mm ber der Oberfläche des Muldenringes 49. Dies entspricht im wesent-liehen der Entfernung, die die Schleifteilchen 10 unter dem Einfluss des elektrostatischen Feldes durchlaufen m ssen, und diese Entfernung genügt für Teilehen, die einem 200-bis 400-AIasehensieb zugeordnet sind. Werden grössere Teilehen verwendet, so lässt sich der Abstand durch Anheben des Muldenringes 49 verkleinern, oder aber das Potential des elektrostatischen Feldes muss erhöht werden.
Der feste Nabenkörper 53 lässt sich zum Reinigen herausnehmen, verbleibt aber normalerweise fest im Unterteil 47.
Nach dem Einbringen des Muldenringes 4') in das Unterteil 47 werden seine Vertiefungen mit einer VTischung von Schleifmittel- staub (gewöhnlieh Diamantabfälle) und einem Salz angefüllt. Eine durch die Wandung des Unterteils 47 hindurchgef hrte Kontaktschraube 57 bildet den elektrisehen > tnsehluss für den Muldenring 49. Die Muttern 59 dienen zum Festhalten der Sehraube 57 sowie der angeschlossenen Hochspannungs- leitung 63.
Anschliessend werden die Schablonen45 und 46 auf das Unterteil 47 mit dem Naben- korper 53 aufgelegt. Diese Schablonen 45 und 46 sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Schablone 45 der Fig. 2 besteht aus Messinblech von 0, 25 mm Dicke. Die gekrümmten Sehlitze sind auf einer Drehbank eingesehnit- ten und entspreehen den obenerwähnten Grundsätzen. Die Schablone 46 entspricht der Schablone 45, besteht jedoch aus viel d nnerem AIaterial, gewöhnlieh von etwa. 0, 075 mm Starke. Es ist möglich, nur die Schablone 45 allein zu. benutzen, so dass ein gleichmässiges Muster aus gekrümmten Reihen erhalten wird.
Es ist jedoch des öfteren zweekmässig, eine Schablone mit kleineren einzelnen Sehleifelementen herzustellen, was geschehen kann, indem die Schablone 46 auf die Schablone 45 in entgegengesetztem Sinn aufgelegt wird, so da¯ ihre beiderseitigen Schlitze sich lireuzen. Das so erhaltene Muster ist in Fig. 3 wiedergegeben.
In der Praxis hat es sich als zweckmÏbig erwiesen, in der untern Schablone 45 Sehlitze vorzusehen, die enger sind als diejenigen der obern Schablone 46. Dies ist deswegen n¯tig, da selbst bei Verwendung von dünnem Ma- terial, das gerade noch für den praktischen Gebrauch geeignet ist, eine gewisse Streuung beim Aufbringen des Musters auf die Klebe sehieht auftritt. Die Teilchen streuen nach dem Durchlaufen der Schlitze in der Sehablone 45 auch bei einer kurzen Wegstrecke auseinander. Der Betrag der Streuung von den Schlitzen der Schablone 46, die dichter bei der Klebstoffschicht 8 liegt, ist wesentlich kleiner, so dass die die Schleifteilchen tragenden Elemente in der einen Richtung länger sind als in der andern.
Werden in der Schablone 45 Schlitze verwendet, die ungefÏhr halb so weit sind als diejenigen in der Schablone 46, so gehen durch die Schablone 45 ungefähr genau so viel Teilchen wie durch die Schablone 46, so dass im Ergebnis ein im wesentlichen symmetrisches Kreuzmuster erhalten wird.
Die relative Grosse der Schlitze in den beiden Schablonen kann in Abhängigkeit ihrer absoluten Grosse mit der Dicke der Schablone 46, mit dem Abstand der Schablone 46 von der Klebemittelschicht 8 auf dem mit der Elektroplattierung zu versehenden Trä- ger 3 und natürlich mit der Beschaffenheit des Musters verändert werden. Bei Annahme, dass ein symmetrisches Muster gewünscht wird, braueht der relative Untersehied der Schlitzoffnungen um so geringer zu sein, je breiter diese Íffnungen sind.
Je dünner die Schablone 46 ist, um so mehr können sich die Schlitze in den beiden Schablonen gleichen. Entsprechend gilt, je weiter die Klebstoffschicht von der Schablone 46 entfernt ist. um so mehr können die Sehlitzöffnungen in den beiden Scha- blonen angenähert gleich sein (obgleich bei grösserem Abstand zwischen Schablone 46 und Klebstoffschicht die Streuung zu grogs und das. erhaltene Muster unbefriedigend wird).
Die beiden Schablonen 45 und 46 können fest miteinander verbunden werden, beispiels- weise durch Verloten der Schablone 46 mit der vorher mit einer dünnen Lötsehieht versehenen Schablone 45. Auf diese Weise stützen sich die beiden Schablonen gegenseitig, und die Wahrscheinlichkeit ihrer Beschädigung bei der Handhabung wird verringert. Es ist auch möglieh, das gewünschte Muster von Öffnungen in eine einzige Scha blone einzuschneiden. Auf diese Weise lassen sieh auch andere etwa gewünschte Muster vorsehen. So können kreisförmige Öffnungen zur Herstellung der Muster für die Scha- blonen verwendet werden.
Beim Aufbringen der beiden Schablonen auf dem Unterteil 47 wird die Schablone 46 aus dünnem Alaterial oben dicht neben dem Rohling 3 angeordnet, so dass auch die Sehablone 45 einen möglichst kleinen Abstand ge genüber dem TrÏger 3 erhält. Ist dies nicht der Fall, das heisst ist die Schablone 46 zu dick, so wird das von der Schablone 45 auf dem Rohling erzeugte Muster verwischt und unscharf.
Der zu plattierende Träger 3 und sein Haltering 41 werden unter Einfügen von Zwisehenlagen 65 auf die Schablonen 45 und 46 mit dem Unterteil 47 gesetzt. Diese Zwi- schenlagen 65 können aus Papier oder Metall und ungefähr 0, 05 mm stark sein. Sie haben den Zweek, die Klebemittelschicht auf dem TrÏger 3 mit etwas Abstand von der Schablone 46 zu halten, damit kein Klebstoff übertragen wird.
Schliesslieh wird die Nabe 67, die ebenfalls aus Isolierstoff besteht, mittels eines Metall- bolzens 69 eingefügt. Die Nabe pa¯t genau auf den Bolzen 69, dessen Unterteil durch die Mittelbohrungen der Schablone 45 und 46 hindurch in die Bohrung 55 der Nabe 53 des Unterteils 47 reicht. Auf diese Weise werden alle Teile der Vorrichtung zentriert und in richtiger Lage festgehalten.
Anschliessend wird die Verbindung zur Hochspannungsquelle hergestellt, diese aber noch nicht eingeschaltet. Die Leitung 63 bleibt im allgemeinen dauernd mit der Ansehluss- schraube 57 verbunden. Die zweite Leitung 64 ist mittels einer Federklemme 71 an die Haltesehraube 43 im Ring 41 gelegt. Die vorgesehene Spannung beträgt etwa 10 000 Volts und kann aus einer Vakuum-Gleichrichterrohre oder einer andern geeigneten Span nungsquelle entnommen werden.
Nach Herstellung der Verbindungen wird die Spannung f r einen Augenblick angelegt.
Die Teilchen 10 springen dadurch aufwÏrts, und ein Teil von ihnen gelangt durch die Íff nungen in den Schablonen 45 und 46 auf die Klebemittelschicht des Trägers 3, wo sie entsprechend dem durch die Schablonen vorgesehenen Mustern festgehalten werden.
Die Wirkung des elektrostatischen Niederschlags der Teilehen 10 besteht darin, dass sie dabei mit ihren langen Achsen senkrecht zur Ebene der Arbeitsfläehe des TrÏgers 3 gerichtet werden. Schleifteilchen, wie Dia mantabfall, haben gewöhnlich unregelmässige Form, und ihre Längsachse verläuft in Richtung der gr¯¯ten Abmessung. Bei den meisten Diamantteilchen ist die kristallinische Struk- tur derart, dass die längeren und die kürzeren Abmessungen leicht in einem Mikroskop zu sehen sind.
In allen FÏllen, in denen das Ausriehten der Teilchen nieht wichtig ist, können die Sehleifteilehen 10 in der Weise auf die Klebemittelschicht des TrÏgers 3 aufgebracht werden, dass auf den mit dieser Schicht nach oben geriehteten Träger 3 die beiden Scha blonen 45, 46 gelegt werden, worauf diese mit dem Schleifpulver bestreut werden.
Nachdem die Sehleifteilehen 10 in der be schriebenen Weise auf der Klebstoffsehicht 8 des Trägers 3 niedergeschlagen wurden, wird der TrÏger 3 mit seinem Haltering 41 zunächst aus der Vorrichtung und dann aus dem Haltering entfernt.
Nach dem Festwerden des Klebstoffes wird der Träger 3 in Wasser eingetaucht, damit sich die Salzteile herauslösen. Nunmehr befinden sich auf der Arbeitsfläehe des Trägers 3 mehrere Sehleifelemente, deren jedes aus einer Anzahl von Schleifteilchen besteht, die von den Nachbarteilchen um den Raum getrennt sind, den vorher die Salzteilchen einnahmen.
Alle Fläehen ausser der Arbeitsfläche des Trägers 3 werden dann mit einem plastischen Isolierstoff überzogen. Dies kann durch Eintauchen des Rohlings in eine heisse plastische Masse bei abgedeekter Arbeitsfläche ge- schehen. Die plastische Masse haftet dann an dem Rohling und verhindert bei den nachfql- genden Verfahrensschritten einen Metall- niedersehlag auf demselben mit Ausnahme auf dessen Arbeitsfläche.
Das bis jetzt beschriebene Verfahrensstadium entspricht der Darstellung der Fig. 5.
Die Schleifteilchen 10 werden durch eine d nne Eleberxlittelsehieht 8 in dem gewünschten Muster und der vorgesehenen Dichte festgehalten. Anschliessend erfolgt durch den Klebstoff hindurch ein elektrolytischer Me- tallniederschlag auf dem Träger 3, so dass entsprechend Fig. 6 eine feste und dichte Bindung der Schleifteilchen durch Ausfüllen ihrer Zwischenräume erreicht wird. Zunächst kann eine Kupferschicht 13 in einer StÏrke niedergeschlagen werden, die schliesslich der gewünschten Höhe der im fertigen Werkzeug vorstehenden Schleifteilchen 10 entspricht.
Beispielsweise wird der Metallniederschlag in dieser Verfahrensstufe 0, 075 mm stark ge nommen.
Nach dem Aufbringen der ersten Schicht 13 aus Kupfer oder einem andern Metall wird eine dickere Schicht 14 aus Nickel oder Eisen in einer solchen Stärke aufgebracht, dass sie die ganzen Schleifteilchen 10 bedeckt.
Darauf werden sämtliche elektrolytischen MetallniederschlÏge vom Träger 3 abgenom- men, wie Fig. 7 zeigt ; sie werden dann nach Fig. 8 auf einer Halteplatte 2 befestigt, bei spielsweise durch Loten. Anschliessend wird die Ktipfersehicht 13 fortgeätzt, wodurch die Schleifteilchen 10 aus ihrer Metallbindung 14 in der in Fig. 9 gezeigten Weise vorstehen.
Die Halteplatte 2 kann gegebenenfalls bereits vor der Abnahme der elektrolytischen Metallniederschläge 13, 14 vom TrÏger 3 an diesen befestigt werden. Naeh dem Befestigen der Metallniedersehläge 13, 14 an der Halteplatte 2 ist es in der Regel nötig, zunächst die Rüekseite der Niederschlagsmetalle eben und glatt zu schleifen.
Die vorgesehene Klebemittelsehicht 8 ist so dünn und ihre Isoliereigenschaften ausrei chend schlecht, so dass der Metallnieder- schlag dureh diese Schicht 8 hindureh vor sich gehen kann.
Die gleiche Technik kann zur Herstellung von Schleifmittelmustern unmittelbar auf einem Werkzeugteil angewendet werden. In diesem Fall wird die Kupferschicht 13 fort gelassen und die Nickel-oder Eisenschicht 14 : unmittelbar auf der Klebemittelsehicht 8 des Teils 3 niedergeschlagen. Nach vollendeter Plattierung wird die ganze Vorrichtung er- hitzt, damit das plastische Klebemittel, das in diesem Fall vorgezogen wird, aushärtet und fest und dauerhaft bindet. In diesem Fall werden jedoch die Schneidkanten der Schleifteilchen 10 nicht in derselben Ebene wie bei dem in Fig. 9 dargestellten Werkzeug liegen. Die Schicht 14 wird selbstverständlich in einer solchen Stärke auf dem Teil 3 niedergeschlagen, dass die Schleifteilchen 10 genügend vorstehend.
Andernfalls kann ein Teil der niedergeschlagenen Metallmenge wieder entfernt werden.
In der angegebenen Weise hergestellte Schleifwerkzeuge, bei denen Diamantteilchen in einem gewünschten Muster bei geringer Dichte so angeordnet sind, dass ihre langen Achsen senkrecht zur Arbeitsfläche des Werk- zeuges gerichtet sind, haben als iiberraschen- den Effekt eine aussergewöhnliche Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass solche Schleifseheiben fast die doppelte Sehneidgeschwindigkeit er- zielen lassen, wie vergleichbare übliche metallgebundene Diamantschleifseheiben.
Gleichzei- tig wird eine Herabsetzung der Kosten erzielt, da weniger Diamantteilchen gebraucht werden, weil ein grosser Teil der Arbeits- fläche nicht bedeekt wird. Es wird angenom- men, dass die Steigerung der Schneidge- schwindigkeit zum Teil von der besonderen Tatsache herrührt, dass weniger Diamantteil- chen genommen werden mit dem Ergebnis, dass dadurch ein höherer Aupressdruck des zu bearbeitenden Werkst ckes gegen die einzelnen Schleifteilchen ermöglicht wird.
Es ist indessen sehr schwierig oder unmöglich, die- ses Ergebnis in der Weise zu erreichen zu versuchen, dass eine gleich geringe Menge von
Schleifteilchen rein nach dem Zufall verteilt wird, da bei geringer Gesamtzahl der Teilchen die Wahrscheinliehkeit, dass bei rein zufälliger Verteilung grosse Unebenheiten auftreten, besonders gross ist, so dass das g nstigste Ergebnis nicht erreicht werden kann.
Das beschriebene und mit Schablonen arbeitende Verfahren gestattet eine grosse Ver änderungsmogliehkeit des Sehablonenmusters.
Die Schablonen können wiederholt zur Herstellung einer grossen Anzahl von Schleif- scheiben verwendet werden und gewähr- leisten, dass jedes Werkzeug ein gleichbleiben- des Muster erhält.
Ein weiterer Effekt des Musters steht in keiner Beziehung zum technischen Nutzen des Werkzeuges. Es gibt einige Anwendungen von Schleifwerkzeugen, bei denen innerhalb gewisser breiter Grenzen das Muster keine wesentliche Bedeutung für den technischen Nutzen des Werkzeuges hat. Dies trifft insbesondere f r Schleifwerkzeuge zu, die f r zahlreiehe Verwendungszwecke in kleinen Gesehäften angeboten werden, und bei denen ein Höchstmass an Wirtschaftlichkeit, Schneidgesehwindigkeit, Aufmachung und dergleichen nicht von grosser Bedeutung ist.
Für derartige Käufer stellt der durch den Anblick des Musters vermittelte Effekt einen ebenso grossen wirtschaftlichen Wert dar wie die technische Brauchbarkeit des Werkzeuges.
Die beschriebenen Verfahren können daher aueh eine betrÏchtliche Bedeutung zur Herstellung von Mustern grosser Vielfältigkeit haben, bei denen das gefÏllige ¯u¯ere gegen über dem technischen Gebrauchswert aber- wiegt.
Es ist also möglich, Schleifwerkzeuge herzustellen, die die Schleifpartikel in bestimmter Anordnung und Verteilung enthal- ten, so dass ein Höchstmass an technischem Ge brauchswert oder auch eine gefällige künstle- rische Aufmachung erzielt werden kann. Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen, das nur geringe Kosten verursacht und ausserdem den Vorteil hat, dass die Schleifpartikel in dem fertigen Werkzeug alle um den gleichen Betrag vorstehen.