DE60003448T2

DE60003448T2 - Schleifscheiben mit verbesserter beschichtung

Info

Publication number: DE60003448T2
Application number: DE60003448T
Authority: DE
Inventors: Leon-Marie Olivier GUISELIN
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: RU2226461C2; NO20022128D0; CN1387469A; MXPA02004471A; EP1226003B1; CO5280115A1; US6257973B1; EP1226003A1; US6402604B2; CA2386756C; ZA200203175B; BR0015321A; BR0015321B1; US20010002362A1; KR20020072537A; PL192393B1; CA2386756A1; NZ518275A; AU759680B2; TW458857B

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Schleifscheiben und eine wirtschaftliche Methode zur Herstellung von beschichteten Schleifscheiben, die zur einfachen Anpassung zur Erfüllung spezieller Anforderungen angepasst sind.
Herkömmliche Schleifscheiben umfassen ein Substrat, das aus einer Polymerfolie, Papier oder gewirktem, gewebtem oder nähgebundenem Stoff hergestellt sein kann. Es kann notwendig sein, dass der Träger „gefüllt" ist, um sicherzustellen, dass ein darauf aufgebrachtes Bindemittel nicht in das Material absorbiert wird. Dies kann als „Deckschicht" bezeichnet werden und kann auf die Vorderseite, Hinterseite oder beide Seiten aufgebracht werden. Ein Bindemittel, das als „Grundschicht" bezeichnet wird, wird auf dem Träger aufgebracht und bevor das Bindemittel gehärtet wird, werden Schleifkörner auf das Bindemittel aufgebracht, und das Bindemittel wird dann gehärtet, um die Körner in ihrer Position zu verankern. Eine zweite Bindemittelschicht, die ebenfalls (vielleicht verwirrend) ebenfalls als „Deckschicht" bezeichnet wird, wird üblicherweise über den Körnern aufgebracht, um das Verankern der Körner zu vervollständigen.
Bei der herkömmlichen Herstellung wird das oben beschriebene Verfahren auf eine kontinuierliche Bahn angewandt und die einzelnen Scheiben werden aus einer Großrolle der Bahn, die „Jumbo" genannt wird, ausgestanzt. Selbst bei engstmöglicher Beabstandung der ausgestanzten Formen besteht bezogen auf den Träger, das aufgebrachte Schleifkorn und das zur Verankerung des Korns verwendeten Bindemittels eine signifikante Vergeudung. Je größer der Durchmesser der Scheibe ist, umso größer ist die vergeudete Menge. Zusätzlich erfordert diese Produktionsweise, dass die Scheiben an jedem Punkt einen einheitlichen Aufbau haben, da die selbe Jumbo-Rolle zur Herstellung von Scheiben mit unterschiedlichen Durchmessern oder sogar von Bändern verwendet werden kann.
Allerdings wird bei der Art, wie eine Schleifscheibe herkömmlicherweise verwendet wird, lediglich die äußere Kante der Scheibe tatsächlich verwendet, bevor die Scheibe, aufgrund des Winkels, mit dem die Scheibe an das Werkstück angesetzt wird, als verbraucht angesehen wird. Somit sind die üblichen Methoden zur Herstellung der Scheiben, so wie sie aus Jumbo-Rollen hergestellt und praktisch verwendet werden, mit Vergeudung verbunden.
DE-A-19733097 beschreibt Schleifscheiben mit mehreren Ringen aus Schleifkörnern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zur wirtschaftlicheren Herstellung von Schleifscheiben bereit, und dies führt zu der Möglichkeit neue Schleifscheiben-Strukturen herzustellen, die so ausgelegt werden können, dass sie signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bereitstellen.
Übersicht über die Erfindung
Das gesamte Konzept des Entwurfs einer beschichteten Schleifscheibe wird verändert, wenn verstanden wird, dass Schleifscheiben, anstatt aus einer größeren Jumbo-Rolle geschnitten zu werden, einzeln hergestellt werden können, und die vorliegende Erfindung wurde durch die Erkenntnis durch den Erfinder angeregt, dass eine Technik entwickelt werden könnte, durch die eine Schleifscheibe einzeln hergestellt und speziell an die beabsichtigte Anwendung angepasst werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Schleifscheibe mit einer ersten und zweiten Hauptfläche bereit, wobei die erste Fläche einen primären Schleifbereich aufweist, der eine Lage aus Schleifpartikeln umfasst, die auf der ersten Hauptfläche haftend befestigt sind und nur den äußeren peripheren Teil der ersten Fläche bedecken und die sich von der Peripherie über zumindest 10% und bis zu 50% der radialen Distanz zum Zentrum der Scheibe erstreckt, und einen zentralen Bereich aufweist, der den Rest der ersten Fläche bedeckt, aufweist. Der primäre Schleifbereich der Scheibe ist vorzugsweise mit einer ein hochwertiges Schleifmittel enthaltenden Schleifschicht ausgestattet. Der Rest der Oberfläche der Scheibe (der zentrale Bereich) kann frei von Schleifmittel sein oder möglicherweise mit weniger Schleifmittel oder mit einem anderen, vielleicht brüchigerem Schleifmittel oder mit einer Schleifmittelmischung, in der ein Schleifmittel von geringerer Qualität dominiert, bedeckt sein. Sehr häufig ist der Übergang zwischen dem primären Schleifbereich zu dem zentralen Bereich nicht abrupt, sondern eher graduell, mit einem gewissen Grad an Überlappung zwischen einem ein Schleifmittel höherer Qualität tragenden Bereich und einem ein Schleifmittel geringerer Qualität tragenden Bereich, wodurch der Übergang überdeckt wird.
Der zentrale Bereich muss nicht einheitlich sein, und tatsächlich ist es oftmals wünschenswert, zwei oder mehr Teilbereiche innerhalb des zentralen Bereichs zu definieren. Somit kann der zentrale Bereich ein oder mehrere ringförmige Sektionen und eine mittige Sektion umfassen. Äußere ringförmige Sektionen können einen Übergang zwischen dem primären Schleifbereich und der mittigen Sektion, die frei von Schleifmittel sein kann, bilden. Die äußeren ringförmigen Sektionen können, bezogen auf den Abstand von der Peripherie, fortschreitend weniger Schleifmittel umfassen (sogar das auf der primären Schleifoberfläche verwendete hochwertige Schleifmittel) oder das Schleifmittel kann eine Mischung aus minderwertigem Schleifmittel mit dem besseren Schleifmittel sein, wobei der minderwertige Anteil mit dem Abstand von der Peripherie zunimmt. Im Allgemeinen, nicht aber notwendigerweise, bleibt die mittige oder innere Sektion vollständig von Schleifmittel frei, da sie niemals in Berührung mit dem Werkstück kommt. Falls dies gewünscht ist, kann sie aber mit einem Schleifmittel geringerer Qualität beschichtet werden.
Das Schleifmaterial in dem primären Schleifbereich ist typischerweise Schmelzaluminiumoxid oder gesintertes Aluminiumoxid, Siliziumcarbid oder Schmelzaluminium-/zirkoniumoxid. Vorzugsweise ist es aber ein hochwertiges Schleifmittel, in dem Sinne, dass es für die gewünschte Anwendung wirksamer ist. Darunter ist aber auch zu verstehen, dass sich die „höherwertige" Qualität auch lediglich durch den Vergleich mit der Menge und Qualität des Schleifmittels (falls vorliegend) in dem zentralen Bereich der Scheibe ableitet. Somit kann dort, wo kein Schleifmittel als solches in der mittigen Sektion der Scheibe ist, dass gewöhnlichste Schmelzaluminiumoxid zum „hochwertigen" Schleifmittel werden. Ebenso kann natürlich auch Schmelzaluminiumoxid, falls das Schleifmittel in dem peripheren, primären Schleifbereich ein filamentförmiges, gesintertes Sol-Gel-Aluminiumoxid-Schleifmittel ist, als ein Schleifmittel „geringerer Qualität" überall oder nur zum Teil in den zentralen Bereich der Scheibe eingearbeitet werden. Im Allgemeineren kann aber in den Fällen, in denen der zentrale Bereich der Scheibe eine Beschichtung mit Schleifmaterial geringerer Qualität aufweist, dieses sogar Sand, ein zerkleinertes Mineral wie Kalkstein, Mattglas, partikuläre Asche oder Klinker und Ähnliches sein.
Das Schleifmittel kann unter Verwendung einer Grundschicht an das Substrat gebunden werden oder das Substrat kann in einem aushärtbaren Bindungsmaterial dispergiert werden, das auf ein Trägermaterial aufgebracht und anschließend ausgehärtet wird. Die zuletzt genannte Technik wird häufiger für feinere Schleifmaterialien verwendet, die vorrangig zur Entwicklung von feingeschliffenen Oberflächen verwendet werden.
Das geeignetste Anwendungsfeld der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung von Schleifscheiben, in denen ein Schleifscheiben-Trägermaterial zunächst mit einer Grundschicht aus einer aushärtbaren Harz-Formulierung versehen wird und das Schleifmittel entweder durch Schwerkraftzuführung oder elektrostatisches Aufschleudern auf das Trägermaterial aufgebracht wird und die Grundschicht dann zumindest teilweise ausgehärtet wird, bevor eine Deckschicht aus einem Harz, dass mit dem die Grundschicht bereitstellenden Harz kompatibel ist, über den Schleifkörnern abgeschieden wird. Die Aushärtung der Grund- und Deckschichten wird dann typischerweise gleichzeitig zu Ende geführt. Falls dies erwünscht ist, kann eine Superdeckschicht, die, dispergiert in einem aushärtbaren Bindemittelharz, ein die Oberflächeneigenschaften modifizierendes Additiv (wie ein Schmiermittel, antistatisches Additiv oder einen Schleifzusatzstoff) enthält, über der Deckschicht aufgebracht werden.
Das Trägermaterial, auf dem das Schleifmaterial abgeschieden wird, kann faser-, papier- oder filmförmig sein. Faserförmige Trägermaterialien werden am häufigsten in den Anwendungen angetroffen, für welche die vorliegende Erfindung hauptsächlich nützlich ist, wobei aber nichts der Erfindung innewohnt, was ihren Umfang darauf beschränken würde. Die faserförmigen Träger können aus gewebten Stoffen, Vliesstoff-Materialien, wie nähgebundenen Stoffen, genadelten Filzen oder gewirkten Stoffen sein. Solch ein faserförmiges Trägermaterial wird typischerweise vor dem Aufbringen der Grundschicht mit einem Füllstoff in einer Rück-Deckschicht oder Front-Deckschicht vorbeschichtet, um die Poren des Stoffes aufzufüllen, so dass die Grundschicht im Wesentlichen auf der Oberfläche verbleibt. In einigen Fällen sind die Fasern vollständig oder fast vollständig in einer Matrix aus einem thermoplastischen oder wärmehärtbaren Harz eingebettet, in welchem Fall das vorherige Versehen des Substrates mit einer Deckschicht nicht notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung von Schleifscheiben mit einem peripheren, primären Schleifbereich, der sich von 10 bis 50% der Distanz von der Peripherie der Scheibe zum Zentrum erstreckt, wobei das Verfahren das Zuführen eines Schleifkorns zu einer Kornabscheidungsoberfläche über die äußere Oberfläche eines Konus umfasst, so dass die Abscheidungsoberfläche eine ringförmige Kornabscheidung gemäß Anspruch 6 erfährt. Die Abscheidungsoberfläche ist eine Oberfläche, wie die Oberfläche eines sich bewegenden Bandes, von der aus das Korn mittels einer UP-Technik auf eine Scheibe aus einem Trägermaterial, die mit einer Grundschicht beschichtet ist, abgeschieden wird. Die Abscheidungsoberfläche ist vorzugsweise mit einer kreisförmigen, peripheren Wand ausgestattet, welche den Bereich, von dem aus das Korn während des UP-Abscheidungsverfahrens aufgeschleudert wird, definiert. Dies hilft, das Korn auf einen speziellen Bereich der Kornabscheidungsoberfläche zu konzentrieren und vermeidet jegliche Verluste an die Umgebung.
Wo es gewünscht ist, kreisförmige Ringe mit unterschiedlichen Schleifkörnern innerhalb des zentralen Bereich der Schleifscheibe bereitzustellen, kann dies in einfacher Weise durch das Bereitstellen einer Serie von Konen, die unterschiedliche größte Durchmesser aber eine innerhalb des Konus untergebrachte, gemeinsame Achse aufweisen, über die das Schleifkorn zur Abscheidung auf dem primären Schleifbereich verteilt wird, erreicht werden. Im jeweiligen Fall wird das Korn vorzugsweise durch Verteilungskanäle über die Oberfläche des Konus verteilt, die nur diese spezielle Oberfläche speisen. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung innerhalb der Verteilungskanäle kann durch das Anbringen von einem oder mehreren horizontalen Sieben zwischen dem Punkt, an dem das Korn in den Verteilungskanal eintritt, und dem Punkt, an dem das auf die Verteilungsoberfläche ausgestoßen wird, gefördert werden. Solche Siebe werden vorzugsweise während des Durchlaufs des Korns durch die Siebe geschüttelt, um die gleichmäßige Verteilung innerhalb des Kanals zu fördern.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Verfahrensablauf-Diagramm eines Apparates zur UP-Kornabscheidung von einer Kornabscheidungsoberfläche gemäß dem Verfahren der Erfindung.
Die 2(a), (b) und (c) sind Skizzen von Kornabscheidungssystemen, die in einem Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Schleifscheiben verwendet werden können.
Die 3(a) und (b) zeigen unterschiedliche Kornverteilungsmuster, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden können.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die in den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschrieben, die zum Zwecke der Verdeutlichung enthalten sind und durch die nicht beabsichtigt ist, eine notwendige Beschränkung des wesentlichen Umfangs der Erfindung anzudeuten.
In 1 ist ein zylindrischer Kornverteilungsturm 1 gezeigt, der einen axial zentralen Verteilungskonus 2 aufweist, der auf einem aus einer Vielzahl von horizontal an verschiedenen Höhen innerhalb des Stroms angeordneten Sieben 3 aufsitzt. Der Boden des Turms ist durch ein Dosierungssieb 4 geschlossen, das geöffnet werden kann, um Korn auf ein Kornzuführungsband 5 abzuscheiden, das intervallartig entlang des Bandes mit einer Vielzahl Kornabscheidungsstationen 6 versehen ist, die durch kreisförmige, periphere Wände 7 definiert sind, in Intervallen entlang des Bandes versehen ist, abzuscheiden. Jede Abscheidungsstation läuft nacheinander unterhalb des Kornabscheidungsturmes durch, so dass Korn von dem Turm direkt in eine Kornabscheidungsstation in dem gewünschten Muster 8 abgeschieden werden kann. Das abgeschiedene Korn in der Kornabscheidungsstation läuft über eine geladene Platte 9, die unterhalb des Kornzuführungsbandes 5 und gegenüber einer geerdeten Platte 10 angeordnet ist. Zusammen stellen die geladene Platte und die geerdete Platte eine UP-Abscheidestation dar.
Ein Beförderungsband 11, das Scheiben 12 aus einem auf einer Oberfläche mit einer Grundschicht beschichteten Trägermaterial trägt, tritt zeitlich so bemessen in die Abscheidungsstation ein, dass eine Scheibe 12 in genauer Deckung mit einer Korn 8 tragenden Abscheidungsstation 6 ist, wenn beide in die UP-Abscheidestation eintreten, so dass das Korn nach oben geschleudert wird und an der Grundschicht auf der Scheibe haftet, wobei das Korn im Wesentlichen das Muster wiedergibt, in dem es in der Kornabscheidungsstation abgeschieden wurde. Von der UP-Abscheidestation geht die Scheibe weiter zu einer Aushärtungsstation (nicht gezeigt), in der sie zumindest teilweise ausgehärtet wird, bevor sie eine Deckschicht und eine letzte Aushärtung erhält.
Der Kornabscheidungsturm kann eine Vielzahl unterschiedlicher Bauarten aufweisen, von denen drei in den 2(a), (b) und (c) gezeigt sind, wobei in jeder ein äußerer zylindrischer Turm 20 einen inneren Verteilungskonus 21 und eine Vielzahl von Sieben 22 einschließt, wobei das unterste dieser Siebe 23 ein Dosierungssieb ist. Eine obere, co-axiale Verlängerung des zylindrischen Turms 24 mit einem verringerten Durchmesser wird als Kornzuführungsvorrichtung bereitgestellt.
Dort, wo zwei Durchlässe zur Abscheidung zur Verfügung gestellt werden, wird, wie in 2(c) gezeigt, eine zweite co-axiale Verlängerung 24a bereitgestellt, durch die Korn zu dem ringförmigen Durchlass, der durch den inneren Verteilungskonus und den äußeren Verteilungskonus 25 definiert wird, zugeführt werden kann.
Der innere Konus kann mit einer zylinderförmigen Verlängerung 26 bereitgestellt werden, die co-axial mit dem zylinderförmigen Turm ist und die sich unter das offene Ende des Konus erstreckt. Dadurch wird eine sehr viel schärfere Unterscheidung zwischen dem primären Schleifbereich und dem zentralen Bereich erreicht.
Jede Zeichnungen der 2 ist eine schematische Querschnittdarstellung einer speziellen Bauart. 2(a) würde eine primären Schleifoberfläche in der Form eines Umfangsrings, wie er in der 3(a) dargestellt ist, ergeben. Der in 2(b) gezeigte Turm würde der primären Schleifoberfläche eine weniger klare innere Kante verleihen, wie dies in 3(b) gezeigt ist. Die Bauart gemäß 2(c) würde verwendet werden, um einen kreisförmigen Ring aus einem sekundären Schleifmittel dadurch in den zentralen Bereich und innerhalb des primären Schleifbereichs einzubringen, dass das sekundäre Korn in den Raum zwischen dem inneren Verteilungskonus 21 und dem äußeren Verteilungskonus 25 zugeführt wird, während das primäre Korn über die äußere Oberfläche des äußeren Verteilungskonus zugeführt wird.
Wenn das unterste Sieb (das Dosierungssieb) an Boden des zylindrischen Turms angeordnet ist, wird das Korn in einem recht engen Verteilungsmuster abgeschieden. Wenn das unterste Sieb höher innerhalb des Turms ist, sind die Kanten des Verteilungsmusters, insbesondere die innere Kante, sehr viel weniger klar.
Es ist leicht ersichtlich, dass es durch Variation der Anordnung und der relativen Abmessungen der Verteilungskonen möglich ist, eine Auswahl ringförmiger Abscheidungsmuster zu erzeugen.

Claims

Schleifscheibe mit einer ersten und zweiten Hauptfläche, wobei die erste Fläche einen primären Schleifbereich aufweist, der eine Lage aus Schleifpartikeln umfasst, die auf der ersten Hauptfläche haftend befestigt sind und nur den äußeren peripheren Teil der ersten Fläche bedecken, der sich von der Peripherie über zumindest 10% und bis zu 50% der radialen Distanz zum Zentrum der Scheibe erstreckt, und einen zentralen Bereich aufweist, der den Rest der ersten Fläche bedeckt.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 1, in welcher der zentrale Bereich mit einem Schleifmittel ausgestattet ist, das von geringerer Qualität als das in dem primären Bereich abgeschiedene Schleifmittel ist.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 1, in welcher der zentrale Bereich ein geringeres Schleifkornvolumen pro Flächeneinheit trägt als der primäre Schleifbereich.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 1, in welcher der zentrale Bereich zumindest zwei konzentrische, ringförmige Zonen umfasst, die bezüglich des primären Schleifbereichs im Hinblick auf die Schleifmittelqualität Grade an Minderwertigkeit aufweisen, die mit dem Abstand von der Peripherie der Scheibe zunehmen.
Schleifscheibe gemäß Anspruch 1, in welcher zumindest der Teil des zentralen Bereichs, der am nächsten dem Zentrum der Scheibe ist, im Wesentlichen frei von Schleifmittel ist.
Verfahren zur Herstellung von Schleifscheiben mit einer peripheren, primären Schleifoberfläche, die sich über von 10 bis 50% der Distanz von der Peripherie der Scheibe zum Zentrum erstreckt, umfassend das Zuführen eines Schleifkorns zu einer Kornabscheidungsoberfläche über die äußere Oberfläche eines Abscheidungskonus, dessen Längsachse senkrecht zu der Kornabscheidungsoberfläche ist und der so oberhalb der Kornabscheidungsoberfläche angeordnet ist, dass die Abscheidungsoberfläche eine ringförmige Abscheidung des Korns erfährt, und das elektrostatische Abscheiden des Korns von der Kornabscheidungsoberfläche auf ein Trägermaterial.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Abscheidungskonus symmetrisch in einem zylindrischen Turm angeordnet ist, der eine vertikale Längsachse aufweist, die deckungsgleich mit der Längsachse des Konus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, in dem eine Vielzahl von coaxialen Abscheidungskonussen mit verschiedenen, größten Durchmessern in dem zylindrischen Turm bereitgestellt werden und Schleifkorn einer Vielzahl von ringförmigen Durchlässen zugeführt wird, die durch die Räume zwischen den Konusoberflächen definiert werden, und ein erstes hochwertiges Schleifkorn dem Raum zwischen dem Konus mit dem größten Durchmesser am offenen Ende und einer inneren Oberfläche des zylindrischen Turms zugeführt wird und ein zweites, minderwertigeres Schleifkorn in die Räume, die durch zwei sich gegenüberliegende Konusoberflächen definiert werden, zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, welches das Fördern der gleichmäßigen Verteilung des Korns, das den Turm herabfließt, durch die Bereitstellung von Sieben in vertikal voneinander beabstandeten Intervallen entlang des Turmes und über die Breite des Turmes hinweg, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 9, welches das Schütteln der Siebe während dem Durchlauf des Korns umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 6, in dem die Abscheidungsoberfläche und die mit einer Grundschicht aus ungehärtetem Harz beschichtete Trägerscheibe, während beide sich in einer elektrostatischen Abscheidungszone befinden, in eine Anordnung bewegt werden, in der sie sich gegenüberliegen, und dann das Korn von der Abscheidungszone auf die die Grundschicht aus ungehärtetem Harz tragende Trägerscheibenoberfläche abgeschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, in dem die Abscheidungsoberfläche eine Trägerscheibe ist, die mit einer Grundschicht aus einem ungehärteten Harz beschichtet ist.