EP1340593A1 - Schleifwerkzeug, insbesondere Trennschleifwerkzeug - Google Patents

Schleifwerkzeug, insbesondere Trennschleifwerkzeug Download PDF

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EP1340593A1
EP1340593A1 EP03004472A EP03004472A EP1340593A1 EP 1340593 A1 EP1340593 A1 EP 1340593A1 EP 03004472 A EP03004472 A EP 03004472A EP 03004472 A EP03004472 A EP 03004472A EP 1340593 A1 EP1340593 A1 EP 1340593A1
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EP
European Patent Office
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grinding
grinding tool
tool according
hard
abrasive
Prior art date
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EP03004472A
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English (en)
French (fr)
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EP1340593B1 (de
Inventor
Johann Dietmair
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DIEWE-Diamantwerkzeuge GmbH
Original Assignee
DIEWE-Diamantwerkzeuge GmbH
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Publication date
Application filed by DIEWE-Diamantwerkzeuge GmbH filed Critical DIEWE-Diamantwerkzeuge GmbH
Publication of EP1340593A1 publication Critical patent/EP1340593A1/de
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Publication of EP1340593B1 publication Critical patent/EP1340593B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/14—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings
    • B24D3/18—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings for porous or cellular structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels
    • B24D5/123—Cut-off wheels having different cutting segments

Definitions

  • the invention relates to a grinding tool, in particular a cut-off tool with the features in the preamble of the main claim.
  • Such a grinding tool is known from practice. It is a so-called bonded grinding tool formed which has a grinding area in matrix form embedded with a binder and spatially distributed Has abrasive materials.
  • Cut-off tools in disc form come with freehand grinding (Angle grinders), on hand-guided Grinding machines (e.g. trolley grinding machines) or also positively driven on stationary or transient machines (e.g. mobile floor saws). Cut-off tools are also in the form of drill bits, Grinding cups, flexible saw ropes and the like. Others Construction variants before. Materials to be machined are spreads hard building materials such as stone, brick, concrete, Ceramics or comparable composite materials, but also Metals. In particular, reinforced concrete or others reinforced with hard steel inserts or the like to name inhomogeneous materials.
  • the load on these tools is characterized by strong varying operating conditions. This is how delivery works the cutting wheel by hand is usually too strong changing grinding forces and a high temperature, Shock and friction load on the cutting surface. Farther the material, mechanical and geometric inhomogeneity of the separating workpieces.
  • the cutting performance can decrease and that End of life of the cut-off wheel by one extensive removal of binders and abrasive particles included cutting zone can be reached quickly.
  • It can also bind after dulling the Abrasive particles and the associated increase in Load to a sharp rise in temperature in the Grinding zone come what is usually an irreversible Blunting of the grinding zone and thus the end of the service life of the tool.
  • the invention solves this problem with the features in the main claim.
  • the grinding tool according to the invention has the advantage that it offers a significantly better cutting performance and a longer service life.
  • the cutting speed can also be increased compared to previously known grinding tools and maintained over a longer period of time.
  • the grinding tool according to the invention preferably circumferential or frontal Grinding surface of several types of different hardness Abrasives used, which is crucial for the Machining process provided harder abrasives in massive particle shape directly into one preferably metallic binder incorporated matrix is.
  • the less hard granular abrasive is part of it the hollow hollow sphere, which like the harder abrasive grain preferably metallic in the abrasive coating is.
  • the less hard, on the outer surface of the Abrasive grain bound hollow spheres has a lower one Share in the machining process.
  • the hollow hollow spheres are self-sharpening and cause one Performance improvement, on the one hand, the less hard Abrasive grain of the hollow hollow spheres among the above described specific loading conditions at Grinding, especially cut-off, mechanical Wear of the hard abrasive grain in particular Reduce absorption of pressure and shock loads can.
  • Diamond and. are preferably used as hard abrasives cubic boron nitride used while as low-hard abrasives corundum and silicon carbide have proven.
  • the can be particularly advantageous Use of ceramic corundum prove to be this due to its microcrystalline structure comparatively high toughness and therefore good Resistance to pressure and shock loads having.
  • a single hard abrasive can be used a single less hard abrasive as a component the hollow spheres interact; but it can also Combinations of hard and less hard abrasives may be used, but preferably exclusively the less hard abrasives are part of the Hollow grain balls are. So that a controlled Allows grain wear and breakout Abrasive grain from the compared to a metallic Binder less solid ceramic binder avoided become.
  • the size of the hollow grain spheres and the size of the spheres bound to them less hard abrasives can vary depending on the size hard abrasive. Accordingly, the diameter of the hollow hollow sphere is preferably 1 to 10 times the diameter of the hard abrasive, where the grain size of the less hard abrasive in the Order of magnitude of the hard abrasive is present.
  • a preferred embodiment for use in grinding tool according to the invention is a 2-component hollow grain ball, the hollow body because its higher thermal and mechanical resilience preferably consists of ceramic material.
  • a another preferred embodiment is a 3-component hollow ball, consisting of hollow ball, Binders and abrasives. In a preferred one Execution consist of both the body of the hollow sphere and also the binder from the same or different ceramic material.
  • the hollow hollow sphere can be made from a fired ceramic in both cases Binding material, e.g. consist of binding clay.
  • the binder can alternatively be organic.
  • the grinding tool can be used in different ways be designed.
  • the abrasive coating in the form of a or several cutting segments are present, which with one suitable support body made of other material to suitable Manner, e.g. by soldering, welding, sintering, etc. are connected.
  • the abrasive coating can be used with a Support body connected in one piece, e.g. in form of wholly sintered grinding tool.
  • the one-piece Training has the advantage that the tool structure is very is homogeneous, what for heat dissipation and the Stability is an advantage. By dividing it into several sections with different Material composition can be the grinding tool adapt optimally to the respective application.
  • the grinding tool can be in any suitable shape are present, e.g. in disc form for the removal or Cut-off grinding, as a drill bit, as a grinding cup, but also as a flexible saw cable with integrated grinding elements.
  • the grinding tool according to the invention can have one or more have additional cutting surfaces, e.g. out applied diamond particles or other very hard Abrasives exist.
  • FIGS Grinding tools (1) shown as Cut-off tools are designed.
  • the Cut-off tool can be used as a cut-off wheel (17), especially diamond cutting disc, drill bit (18) or are designed as a flexible saw cable (19).
  • the grinding tools (1) each have a supporting body (4) in a suitable different configuration and at least one abrasive coating (5) at a suitable point on the Carrying body (4).
  • the grinding surface (5) is located preferably on the outer circumference or overlapping on adjacent edge area (especially in the Cut-off tool) or on the front (e.g. Cup) of the supporting body (4).
  • the abrasive coating (5) can consist of one or more grinding elements (12), which are designed as separate parts and with the Support body (4) in any suitable manner, e.g. by Welding, soldering, sintering or the like connected are. Alternatively, the abrasive coating (5) can be made in one piece with be connected to the supporting body (4).
  • the grinding tools (1) are bound Grinding tools designed which have a grinding surface (5) in matrix form with a binder (15) and therein embedded grinding wheels (13) and Have abrasive particles (25). They are also hard and low-hard abrasives (10.14) available. The thickness of the Grinding surface (5) is considerably larger than that Diameter of the various grinding wheels contained (13) and abrasives (10.14).
  • the abrasive coating (5) has one preferably metallic binder (15) and more than Hollow grain balls (13) trained abrasive, wherein he also one or more types of hard abrasives (10) as abrasive particles (25) and one or more types contains less hard abrasive (14).
  • the less hard abrasives (14) are on the outer Surface (24) of the hollow grain spheres (13) arranged.
  • the Binders (15) are thus the hard abrasive particles (25) and the hollow grain spheres (13) side by side and preferably evenly distributed as in a matrix embedded.
  • the hard and less hard abrasives (10, 14) can be used here from a single uniform material or from Mixtures of different materials exist.
  • Another modification is possible in the binder (15) in addition to the hard abrasive particles (10,25) additionally embed less hard abrasives (14).
  • the binder (15) can be made of suitable powder Metals and other additives exist. You can e.g. Be iron, tungsten and / or bronze, these being Materials in pure form or in mixed form can.
  • the abrasive coating (5) is made of powder or Starting materials present in particle form suitably, e.g. produced by sintering.
  • the hard abrasives (10) have a suitable one Particle shape and preferably consist of diamond or made of cubic boron nitride.
  • the less hard abrasives (14) consist, for example, of corundum or Silicon carbide. In particular, you can choose whole or partly consist of ceramic corundum.
  • the less hard abrasives (14) preferably have a hardness of approx. 16 - 27 GPa (HV1).
  • the hard ones Abrasives (10) have e.g. a hardness of approx. 45 GPa (HV1) for cubic boron nitride or a hardness of approx. 70 GPa (HV1) for diamond.
  • a preferred combination of hard and less hard Abrasives (10.14) are present when the Difference in hardness between them at least 15 GPa (HV1) is.
  • the diameter of the hollow grain spheres (13) including the included in it hard abrasive (14) is preferably 1 to 10 times the average Diameter of the or one of the hard Abrasive particles (10.25). Hollow beads (13) preferably have a diameter of 1 mm or larger.
  • the hard abrasive particles (10, 25) have one Diameters from approx. 0.2 mm to 0.8 mm. In Figure 8, the Ratios shown for clarity.
  • the diameter of the on the hollow grain sphere (13) arranged less hard abrasive (14) preferably a smaller diameter than the hard ones Abrasives (10), preferably on the order of a third.
  • FIG. 8 shows e.g. in the lower right half of the picture schematically one Hollow grain ball (13) in 2-component design, while in a hollow grain sphere (13) in the upper left half of the picture 3-component version is shown.
  • the jacket (24) the hollow grain ball (13) from a ceramic or organic material, where, because of the higher thermal and mechanical resilience ceramic Material has advantages.
  • the grainy, less hard Abrasives (14), e.g. Korrund is in this Embodiment directly in the jacket (24) or that Surface material of the hollow hollow sphere (13) integrated., a so-called two-component hollow spherical grain is formed.
  • this is granular low-hard abrasives (14) by means of an additional, preferably ceramic binder (16) with the outer Surface (24) of the hollow grain ball (13) connected.
  • an additional, preferably ceramic binder (16) with the outer Surface (24) of the hollow grain ball (13) connected it is recommended to the body of the Hollow grain ball (13) also made of a ceramic Train material.
  • Figure 1 shows a cut-off tool (1) in the form of a Cut-off wheel (17), in particular one Diamond cutting wheel. It has a supporting body (4) in the form of a flat and essentially circular master blade made of steel or another Material that has a central bore (2) for the Axis of rotation (3) and a rotary drive connection and preferably a variety of small hole-shaped ones Has openings (7) in spiral lines (9) are arranged.
  • the design can be done in the EP-A-1 099 524 correspond to the design shown.
  • the grinding surface (5) consists of several curved ones block-like or segment-shaped grinding elements (12), which as a cutting ring evenly around the circumference of the Are distributed and with the The outer edge of the base sheet by laser welding or on other suitable type are connected.
  • Figure 2 shows for this purpose the cutting wheel (17) in the broken Cross section with the weld seam (6) between the outer edge of the master blade and the abutting grinding element (12).
  • Figure 2 shows this arrangement schematically dashed lines.
  • FIGs 4 and 5 is a grinding tool (1) in the form of a flexible saw cable (19) shown.
  • the Carrying body (4) is here of a wire core (20) formed, consistently or in places by one Coil spring (21) is enclosed in places the abrasive coating (5) forming in the longitudinal direction distanced grinding elements (12) is applied.
  • the Grinding elements (12) form the so-called grinding beads or beads of the saw cable (19).
  • the soul (20) who Spring (21) and also partial areas of the abrasive coating (5) are enclosed by an elastic covering (20) which consists of a suitable plastic that is attached to the the aforementioned parts are cast or molded.
  • the Saw cable (19) can be trained accordingly of WO 98/35778.
  • FIG. 6 shows a variant of the grinding tool (1) in Shown a so-called drill bit (18).
  • the support body (4) here has an essentially cylindrical one tubular and pot-like shape, on the free end face Edge of the abrasive coating (5) in the form of several evenly distributed in a circle and circumferentially spaced grinding elements (12) is arranged.
  • the Grinding elements (5) can be placed one below the other in the foot area connected to form a toothed slip ring, what is shown in the upper half of Figure 6.
  • the grinding elements (5) individually arranged and directly connected to the support body (4) be what is indicated in the lower half of Figure 6 is.
  • the support body (4) can be made of metal, plastic or a other suitable material, the Grinding elements (12) in a suitable manner permanently or possibly interchangeably connected to the support body (4).
  • the grinding elements (12) a curved shape and are circumferential aligned.
  • the grinding elements (12) have an essentially radial orientation.
  • FIG. 7 shows a further variant of a grinding tool (1), which here as a curved or flat cup (23) is formed.
  • the supporting body (4) has e.g. a pot-like shape with a central bore (2).
  • the Abrasive coating (5) here again consists of several block-shaped grinding elements (12) on the front of the cup wheel (23), i.e. at the bottom of a Outer ring and possibly also on connecting webs permanently or are arranged interchangeably.
  • the grinding elements (12) are oriented essentially in the circumferential direction and can be slightly slanted or have a curved shape in the circumferential direction.
  • the Cutting wheel (17) in the manner of a whole sintered disc be formed, in which the Support body or disc body and the abrasive coating are integrally connected.
  • the sintered one Disk body can be concentric in several divide annular sections that are homogeneous and are integrally connected by sintering. In these ring sections are different material Compositions of the sintered material present.
  • Modifications of the exemplary embodiments shown are in possible in different ways. Basically, it can Grinding tool (1) with its supporting body (4) and its Abrasive coating (5) have any suitable shape and adapt to different purposes to let.
  • the grinding tool (1) can not only be used for cutting or slitting hard materials, but also for Surface removal can be used.
  • the specified Material components can be interchanged or can be combined with one another as required.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein gebundenes Schleifwerkzeug (1), vorzugsweise ein Trennschleifwerkzeug mit einem Schleifbelag (5), der ein vorzugsweise metallisches Bindemittel (15) und Schleifmaterialien enthält. Der Schleifbelag (5) besteht aus einer Mischung von Schleifpartikeln (25) und Schleifkörpern (13), die als Kornhohlkugeln ausgebildet sind. Der Schleifbelag (5) enthält ein oder mehrere Arten harter Schleifmittel (10) sowie ein oder mehrere Arten minderharter Schleifmittel (14). Die minderharten Schleifmittel (14) sind an der äußeren Oberfläche der Kornhohlkugeln (13) angeordnet, wobei die harten Schleifmittel (10) die Schleifpartikel (25) bilden. Als harte Schleifmittel (10) werden Diamant und/oder kubisches Bohrnitrit verwendet. Als minderharte Schleifmittel (14) kommen Korund und/oder Siliziumkarbid zum Einsatz. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug, insbesondere ein Trennschleifwerkzeug, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches Schleifwerkzeug ist aus der Praxis bekannt. Es ist als sogenanntes gebundenes Schleifwerkzeug ausgebildet, welches einen Schleifbereich in Matrixform mit einem Bindemittel und räumlich verteilt eingebetteten Schleifmaterialien aufweist.
Trennschleifwerkzeuge in Scheibenform, z.B. Trennschleifscheiben, kommen beim Freihandschleifen (Winkelschleifmaschinen), auf handgeführten Schleifmaschinen (z.B. Karrenschleifmaschinen) oder auch zwangsgeführt auf stationären oder instationären Maschinen (z.B. fahrbare Fugenschneider) zum Einsatz. Trennschleifwerkzeuge liegen auch in Form von Bohrkronen, Schleiftöpfen, flexiblen Sägeseilen und dgl. anderen Bauvarianten vor. Zu bearbeitende Werkstoffe sind verbreitet harte Baumaterialien wie Stein, Ziegel, Beton, Keramik oder vergleichbare Verbundwerkstoffe, aber auch Metalle. Hierbei sind insbesondere auch Stahlbeton oder andere mit harten Stahleinlagen oder dgl. bewehrte inhomogene Werkstoffe zu nennen.
Die Belastung dieser Werkzeuge ist geprägt von stark variierenden Einsatzbedingungen. So führt die Zustellung der Trennschleifscheibe per Hand in der Regel zu stark wechselnden Schleifkräften sowie einer hohen Temperatur-, Stoß- und Reibbelastung des Schneidbelages. Weiterhin stark verschleißfördernd wirkt sich die stoffliche, mechanische und geometrische Inhomogenität der zu trennenden Werkstücke aus.
In der Folge kann die Schneidleistung sinken und das Standzeitende der Trennschleifscheibe durch einen weitgehenden Abtrag der Bindemittel und Schleifpartikel enthaltenen Schneidzone schnell erreicht werden. Insbesondere bei relativ verschleißbeständigen Bindemitteln kann es auch nach Abstumpfung der Schleifpartikel und der damit einhergehenden Erhöhung des Traganteils zu einem starken Temperaturanstieg in der Schleifzone kommen, was in der Regel eine irreversible Abstumpfung der Schleifzone und somit das Standzeitende des Werkzeuges zur Folge hat.
Zwecks Leistungsoptimierung von Trennschleifscheiben wurden in der Vergangenheit zahlreiche Arten und Kombinationen von Schleifpartikeln, Bindungsmaterialien sowie Auslegungen des Schleifpartikel-Bindemittel-Aufbaus erprobt. So können beispielsweise durch Poren im Schleifbelag sowohl Spanräume geschaffen werden als auch durch Reduzierung des Traganteils die Temperatur im Bereich der Schleifzone verringert werden. Weiterhin kann das gezielte Einbringen von Poren den kontrollierten Verschleiß der Bindemittelschicht begünstigen. Dadurch kann sowohl stumpfes Korn ausbrechen als auch scharfes Korn zwecks Teilnahme am Schleifprozess freigelegt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorbekannten Schleifwerkzeuge zu verbessern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruchs.
Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug hat den Vorteil, dass es eine wesentlich bessere Schneidleistung und eine längere Standzeit bietet. Insbesondere kann hierbei auch die Schnittgeschwindigkeit gegenüber vorbekannten Schleifwerkzeugen erhöht und über längere Zeit aufrecht erhalten werden.
Hierbei besteht eine besondere Eignung für die eingangs genannten harten Werkstoffe bzw. Baumaterialien wie Stein, Ziegel, Beton, Keramik oder vergleichbare Verbundwerkstoffe, aber auch Metalle. Insbesondere die kritischen inhomogenen Materialien mit veränderlichen Härten, wie Stahlbeton oder andere mit harten Stahleinlagen oder dgl. bewehrte Werkstoffe können besser und mit längerer Standzeit des Werkzeugs bearbeitet werden.
Beim erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug werden im vorzugsweise umfangsseitigen oder stirnseitigen Schleifbelag mehrere Arten unterschiedlich harter Schleifmittel eingesetzt, wobei das maßgeblich für den Zerspanungsprozeß vorgesehene härtere Schleifmittel in massiver Partikelform unmittelbar in eine aus vorzugsweise metallischem Bindemittel bestehende Matrix eingebunden ist. Das minderharte körnige Schleifmittel ist Bestandteil der Kornhohlkugel, welche wie das härtere Schleifkorn vorzugsweise metallisch in den Schleifbelag eingebunden ist. Das minderharte, auf der Außenfläche der Kornhohlkugeln gebundene Schleifkorn hat einen geringeren Anteil am Zerspanungsprozeß.
Die Kornhohlkugeln sind selbstschärfend und bewirken eine Leistungsverbesserung, in dem zum einen das minderharte Schleifkorn der Kornhohlkugeln unter den oben beschriebenen spezifischen Belastungsbedingungen beim Schleifen, insbesondere Trennschleifen, den mechanischen Verschleiß des harten Schleifkorns insbesondere durch Aufnahme von Druck- und Stoßbelastungen zu reduzieren vermag.
Zum anderen entstehen einhergehend mit dem Verschleiß der Kornhohlkugeln offene keramische Porenkörper. Diese weisen eine hinreichend hohe mechanische und thermische Stabilität auf, um einerseits die Festigkeit und den Verbund des gesamten Schleifbelages zu gewährleisten. Andererseits tragen sie trotz dieser Festigkeit zu einem kontrollierten Verschleiß des metallischen Bindemittels bei, um abgestumpftes Korn ausbrechen zu lassen und um neues Korn zum Eingriff zu bringen. Des weiteren bewirken die durch die geöffneten Kornhohlkugeln erzeugten Poren eine Herabsetzung der Prozesstemperatur, indem der Traganteil des Schleifbelages reduziert, Spanräume geschaffen sowie Ventilations- und Verwirbelungsvorgänge an der Oberfläche begünstigt werden.
Als harte Schleifmittel werden vorzugsweise Diamant und kubisches Bornitrid verwendet, während sich als minderharte Schleifmittel Korund und Siliziumcarbid bewährt haben. Als besonders vorteilhaft kann sich der Einsatz von keramischem Korund erweisen, da dieser aufgrund seines mikrokristallinen Aufbaus eine vergleichsweise hohe Zähigkeit und damit eine gute Beständigkeit gegenüber Druck- und Stoßbelastungen aufweist.
Prinzipiell kann ein einzelnes hartes Schleifmittel mit einem einzelnen minderharten Schleifmittel als Bestandteil der Kornhohlkugeln zusammenwirken; es können aber auch Kombinationen von harten und minderharten Schleifmitteln verwendet werden, wobei jedoch vorzugsweise ausschließlich die minderharten Schleifmittel Bestandteil der Kornhohlkugeln sind. Damit kann ein kontrollierter Kornverschleiß ermöglicht und ein Herausbrechen von Schleifkorn aus dem im Vergleich zu einem metallischen Bindemittel weniger festen keramischen Bindemittel vermieden werden.
Die Größe der Kornhohlkugeln sowie des daran gebundenen minderharten Schleifmittels kann in Abhängigkeit der Größe des harten Schleifmittels gewählt werden. Demnach beträgt der Durchmesser der Kornhohlkugel vorzugsweise das 1 bis 10-fache des Durchmessers des harten Schleifmittels, wobei die Korngröße des minderharten Schleifmittels in der Größenordnung des harten Schleifmittels vorliegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die Verwendung im erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug ist eine 2-Komponenten-Kornhohlkugel, wobei der Hohlkörper wegen seiner höheren thermischen und mechanischen Belastbarkeit vorzugsweise aus keramischem Material besteht. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist eine 3-Komponenten-Hohlkugel, bestehend aus Hohlkugel, Bindemittel und Schleifmittel. In einer bevorzugten Ausführung bestehen sowohl der Körper der Hohlkugel als auch das Bindemittel aus einem gleichen oder unterschiedlichen keramischen Material. Die Kornhohlkugel kann in beiden Fällen aus einem gebrannten keramischen Bindematerial, z.B. aus Bindeton bestehen. Das Bindemittel kann alternativ auch organischer Natur sein.
Das Schleifwerkzeug kann in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Der Schleifbelag in Form von ein oder mehreren Schneidsegmenten vorliegen, die mit einem geeigneten Tragkörper aus anderem Material auf geeignete Weise, z.B. durch Löten, Schweißen, Ansintern, etc. verbunden sind. Alternativ kann der Schleifbelag mit einem Tragkörper einstückig verbunden sein, z.B. in Form eines in Gänze gesinterten Schleifwerkzeugs. Die einstückige Ausbildung hat den Vorteil, dass der Werkzeugaufbau sehr homogen ist, was für die Wärmeableitung und die Standfestigkeit von Vorteil ist. Durch eine Aufteilung in mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung lässt sich das Schleifwerkzeug optimal an den jeweiligen Einsatzbereich anpassen.
Das Schleifwerkzeug kann in beliebig geeigneter Ausformung vorliegen, z.B. in Scheibenform für das Abtrags- oder das Trennschleifen, als Bohrkrone, als Schleiftopf, aber auch als flexibles Sägeseil mit integrierten Schleifelementen.
Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug kann ein oder mehrere zusätzliche Schneidbeläge besitzen, die z.B. aus aufgelegten Diamantpartikeln oder anderen sehr harten Schleifmitteln bestehen.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1:
ein Schleifwerkzeug in Form einer Trennschleifscheibe mit einem Tragkörper und einem Schleifbelag in Draufsicht,
Figur 2:
einen Querschnitt durch die Trennschleifscheibe gemäß Schnittlinie II - II von Figur 1,
Figur 3:
eine andere Trennschleifscheibe in Draufsicht,
Figur 4:
ein Schleifwerkzeug in Form eines Sägeseils mit Schleifperlen,
Figur 5:
eine geschnittene und vergrößerte Darstellung einer Schleifperle,
Figur 6:
ein Schleifwerkzeug in Form einer Bohrkrone,
Figur 7:
ein Schleifwerkzeug in Form eines Schleiftopfes und
Figur 8:
einen vergrößerten schematischen Ausschnitt des Schleifbelags mit Kornhohlkugeln und Diamantpartikeln in einem Bindemittel.
In Figur 1 bis 6 sind verschiedene Varianten von Schleifwerkzeugen (1) dargestellt, die als Trennschleifwerkzeuge ausgebildet sind. Das Trennschleifwerkzeug kann als Trennschleifscheibe (17), insbesondere Diamant-Trennschleifscheibe, Bohrkrone (18) oder als flexibles Sägeseil (19) ausgebildet sind. Ein anderes Schleifwerkzeug (1), welches zur Oberflächenbearbeitung eingesetzt wird, kann z.B. ein Schleiftopf (23) gemäß Figur 7 sein.
Die Schleifwerkzeuge (1) besitzen jeweils einen Tragkörper (4) in geeigneter unterschiedlicher Ausgestaltung und mindestens einen Schleifbelag (5) an geeigneter Stelle des Tragkörpers (4). Der Schleifbelag (5) befindet sich vorzugsweise am Außenumfang oder übergreifend auch am benachbarten Randbereich (insbesondere beim Trennschleifwerkzeug) oder an der Stirnseite (z.B. Schleiftopf) des Tragkörpers (4). Der Schleifbelag (5) kann aus ein oder mehreren Schleifelementen (12) bestehen, die als separate Teile ausgebildet sind und mit dem Tragkörper (4) in beliebig geeigneter Weise, z.B. durch Schweißen, Löten, Ansintern oder dergleichen verbunden sind. Alternativ kann der Schleifbelag (5) einstückig mit dem Tragkörper (4) verbunden sein.
Die Schleifwerkzeuge (1) sind als gebundene Schleifwerkzeuge ausgebildet, welche einen Schleifbelag (5) in Matrixform mit einem Bindemittel (15) und darin räumlich verteilt eingebetteten Schleifkörpern (13) und Schleifpartikeln (25) aufweisen. Zudem sind harte und minderharte Schleifmittel (10,14) vorhanden. Die Dicke des Schleifbelages (5) ist erheblich größer als der Durchmesser der verschiedenen enthaltenen Schleifkörper (13) und Schleifmittel (10,14).
Wie Figur 8 verdeutlicht, weist der Schleifbelag (5) ein vorzugsweise metallisches Bindemittel (15) und mehrere als Kornhohlkugeln (13) ausgebildete Schleifkörper auf, wobei er ferner ein oder mehrere Arten harter Schleifmittel (10) als Schleifpartikel (25) sowie ein oder mehrere Arten minderharter Schleifmittel (14) enthält.
Die minderharten Schleifmittel (14) sind an der äußeren Oberfläche (24) der Kornhohlkugeln (13) angeordnet. Im Bindemittel (15) sind somit die harten Schleifpartikel (25) und die Kornhohlkugeln (13) nebeneinander und vorzugsweise gleichmäßig verteilt wie in einer Matrix eingebettet.
In der Ausführungsform von Figur 8 sind die minderharten Schleifmittel (14) ausschließlich an der Außenfläche (24) der als Träger fungierenden Kornhohlkugeln (13) angeordnet, wobei im Bindemittel (15) ansonsten die massiven Schleifpartikel (25) aus den härteren Schleifmitteln (10) enthalten sind. Die harten und minderharten Schleifmittel (10,14) können hierbei jeweils aus einem einzigen einheitlichen Material oder aus Mischungen unterschiedlicher Materialien bestehen. In einer weiteren Abwandlung ist es möglich, im Bindemittel (15) neben den harten Schleifmittelpartikeln (10,25) auch zusätzlich minderharte Schleifmittel (14) einzubetten.
Das Bindemittel (15) kann aus geeigneten pulverförmigen Metallen und anderen Zuschlagstoffen bestehen. Dies können z.B. Eisen, Wolfram und/oder Bronze sein, wobei diese Materialien in Reinform oder in Mischform vorliegen können.
Der Schleifbelag (5) wird aus den in Pulver- oder Partikelform vorliegenden Ausgangsmaterialien in geeigneter Weise, z.B. durch Sintern, hergestellt.
Die harten Schleifmittel (10) haben eine geeignete Partikelform und bestehen vorzugsweise aus Diamant oder aus kubischem Bornitrid. Die minderharten Schleifmittel (14) bestehen beispielsweise aus Korund oder Siliziumkarbid. Sie können insbesondere ganz oder teilweise aus keramischem Korund bestehen.
Die minderharten Schleifmittel (14) weisen vorzugsweise eine Härte von ca. 16 - 27 GPa (HV1) auf. Die harten Schleifmittel (10) haben z.B. eine Härte von ca. 45 GPa (HV1) bei kubischem Bornitrid oder eine Härte von ca. 70 GPa (HV1) bei Diamant.
Eine bevorzugte Kombination von harten und minderharten Schleifmitteln (10,14) liegt vor, wenn der Härteunterschied zwischen ihnen mindestens 15 GPa (HV1) beträgt.
Der Durchmesser der Kornhohlkugeln (13) einschließlich des darin eingebundenen minderharten Schleifmittels (14) beträgt vorzugsweise das 1- bis 10-fache des mittleren Durchmessers des oder eines der harten Schleifmittelpartikel (10,25). Die Kornhohlkugeln (13) haben vorzugsweise einen Durchmesser von 1 mm oder größer. Die harten Schleifmittelpartikel (10,25) besitzen einen Durchmesser von ca. 0,2 mm bis 0,8 mm. In Figur 8 sind die Verhältnisse der Übersicht wegen vergrößert dargestellt.
Der Durchmesser der auf der Kornhohlkugel (13) angeordneten minderharten Schleifmittel (14) hat vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die harten Schleifmittel (10), vorzugsweise in der Größenordnung von einem Drittel.
Die vorstehend genannten Maßangaben für die Härten und Größen der Schleifkörper (13) und Schleifmittel (10,14) stellen bevorzugte Werte dar, von denen im Rahmen der Erfindung aber auch abgewichen werden kann.
Für die Ausgestaltung der Kornhohlkugeln (13) gibt es verschiedene Ausführungsformen. Diese Schleifkörper bestehen aus mindestens zwei Komponenten, können aber auch drei Komponenten oder mehr aufweisen. Figur 8 zeigt z.B. in der rechten unteren Bildhälfte schematisch eine Kornhohlkugel (13) in 2-Komponenten-Ausführung, während in der linken oberen Bildhälfte eine Kornhohlkugel (13) in 3-Komponenten-Ausführung dargestellt ist.
In der einen 2-Komponenten-Variante kann der Mantel (24) der Kornhohlkugel (13) aus einem keramischen oder organischen Material, bestehen, wobei wegen der höheren thermischen und mechanischen Belastbarkeit keramisches Material Vorteile hat. Das körnige minderharte Schleifmittel (14), z.B. Korrund, ist in dieser Ausführungsform unmittelbar im Mantel (24) bzw. das Oberflächenmaterial der Kornhohlkugel (13) eingebunden., wobei eine sogenannte Zwei-Komponenten-Kornhohlkugel gebildet wird.
In der anderen 3-Komponenten-Variante ist das körnige minderharte Schleifmittel (14) mittels eines zusätzlichen, vorzugsweise keramischen Bindemittels (16) mit der äußeren Oberfläche (24) der Kornhohlkugel (13) verbunden. In dieser Variante empfiehlt es sich, den Körper der Kornhohlkugel (13) ebenfalls aus einem keramischen Material auszubilden.
Figur 1 zeigt ein Trennschleifwerkzeug (1) in Form einer Trennschleifscheibe (17), insbesondere einer Diamant-Trennschleifscheibe. Sie besitzt einen Tragkörper (4) in Gestalt eines ebenen und im Wesentlichen kreisrunden Stammblatts aus Stahl oder einem anderen Material, welches eine Zentralbohrung (2) für die Drehachse (3) und eine rotatorische Antriebsverbindung sowie vorzugsweise eine Vielzahl von kleinen lochförmigen Durchbrechungen (7) aufweist, die in Spirallinien (9) angeordnet sind. Die Gestaltung kann der in der EP-A-1 099 524 gezeigten Bauform entsprechen.
In der Variante von Figur.3 kann das Stammblatt auf ein oder beiden Seiten noch einen zusätzlichen, vorzugsweise ebenfalls spiralförmig angeordneten Schneidbelag (8) aufweisen, der z.B. aus Diamantpartikeln besteht, die vorzugsweise galvanisch auf der Stammblattoberfläche gebunden sind. Die Spiralformen (9) sind in den Zeichnungen jeweils in der durch Pfeil angegebenen Drehrichtung ausgebaucht. Bei einfacheren Trennschleifscheiben können die Durchbrechungen (9) und die zusätzlichen Schneidbeläge (8) auch entfallen.
Der Schleifbelag (5) besteht aus mehreren gebogenen blockartigen oder segmentförmigen Schleifelementen (12), die als Schneidkranz gleichmäßig am Umfang des Stammblattes verteilt angeordnet sind und mit dem Außenrand des Stammblatts durch Laserschweißen oder auf sonstige geeignete Art verbunden sind. Figur 2 zeigt hierzu die Trennschleifscheibe (17) im abgebrochenen Querschnitt mit der Schweißnaht (6) zwischen dem Außenrand des Stammblatt und dem stumpf aufgesetzten Schleifelement (12).
Alternativ kann der Schleifbelag (5) am Randbereich eines Tragkörpers (4) aufgesintert sein und diesen im Querschnitt U-förmig umfassen, wobei er sich auch über die randseitigen Seitenwandbereiche des Tragkörpers (4) erstreckt. Figur 2 zeigt diese Anordnung schematisch mit gestrichelten Linien.
Die untereinander in Umfangsrichtung auf Abstand gesetzten und durch Hinterschnitte (11) im Stammblattrand getrennten Schleifelemente (12) haben an ihren frei liegenden Seiten Schleifflächen, an denen die Kornhohlkugeln (13) und die harten sowie minderharten Schleifmittel (10,14) wirksam werden.
In Figur 4 und 5 ist ein Schleifwerkzeug (1) in Form eines biegeelastischen Sägeseils (19) dargestellt. Der Tragkörper (4) wird hier von einer Drahtseele (20) gebildet, die durchgängig oder stellenweise von einer Schraubenfeder (21) umschlossen ist, auf der stellenweise der Schleifbelag (5) unter Bildung von in Längsrichtung distanzierten Schleifelementen (12) aufgebracht ist. Die Schleifelemente (12) bilden die sogenannten Schleifperlen oder Schneidperlen des Sägeseils (19). Die Seele (20), die Feder (21) und auch Teilbereiche des Schleifbelags (5) sind von einer elastischen Umhüllung (20) umschlossen, die aus einem geeigneten Kunststoff besteht, der an die vorgenannten Teile angegossen oder angeformt wird. Das Sägeseil (19) kann hierbei eine Ausbildung entsprechend der WO 98/35778 haben.
In Figur 6 ist eine Variante des Schleifwerkzeugs (1) in Gestalt einer sogenannten Bohrkrone (18) dargestellt. Der Tragkörper (4) hat hier eine im Wesentlichen zylindrische rohr- und topfartige Form, an deren freien stirnseitigen Rand der Schleifbelag (5) in Gestalt von mehreren gleichmäßig im Kreis verteilten und umfangseitig beabstandeten Schleifelementen (12) angeordnet ist. Die Schleifelemente (5) können im Fußbereich untereinander unter Bildung eines gezahnten Schleifrings verbunden sein, was in der oberen Bildhälfte von Figur 6 dargestellt ist. Alternativ können die Schleifelemente (5) einzeln angeordnet und mit dem Tragkörper (4) direkt verbunden sein, was in der unteren Bildhälfte von Figur 6 angedeutet ist.
Der Tragkörper (4) kann aus Metall, Kunststoff oder einem sonstigen geeigneten Material bestehen, wobei die Schleifelemente (12) in geeigneter Weise dauerhaft oder evtl. austauschbar mit dem Tragkörper (4) verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform haben die Schleifelemente (12) eine gebogene Form und sind in Umfangsrichtung ausgerichtet. Alternativ können die Schleifelemente (12) eine im Wesentlichen radiale Ausrichtung besitzen.
Figur 7 zeigt eine weitere Variante eines Schleifwerkzeugs (1), welches hier als gewölbter oder ebener Schleiftopf (23) ausgebildet ist. Der Tragkörper (4) hat z.B. eine topfartige Form mit einer Zentralbohrung (2). Der Schleifbelag (5) besteht hier wiederum aus mehreren blockförmigen Schleifelementen (12), die an der Stirnseite des Schleiftopfs (23), d.h. an der Unterseite eines Außenrings und ggf. auch an Verbindungsstegen dauerhaft oder austauschbar angeordnet sind. Die Schleifelemente (12) sind im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet und können hierbei leicht schräg ausgestellt sein bzw. eine in Umfangsrichtung gekrümmte Form haben.
In einer nicht gezeigten Variante kann die Trennschleifscheibe (17) in der Art einer in Gänze gesinterten Scheibe ausgebildet sein, bei der der Tragkörper oder Scheibenkörper und der Schleifbelag einstückig miteinander verbunden sind. Der gesinterte Scheibenkörper kann sich in mehrere konzentrische ringförmige Abschnitte unterteilen, die homogen und einstückig durch Sintern miteinander verbunden sind. In diesen Ringabschnitten sind unterschiedliche stoffliche Zusammensetzungen des Sintermaterials vorhanden.
Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Grundsätzlich kann das Schleifwerkzeug (1) mit seinem Tragkörper (4) und seinem Schleifbelag (5) eine beliebig geeignete Formgebung haben und sich an unterschiedlichste Einsatzzwecke anpassen lassen. Das Schleifwerkzeug (1) kann nicht nur zum Trennen oder Schlitzen von harten Materialien, sondern auch zum Oberflächenabtrag verwendet werden. Die angegebenen Materialkomponenten können untereinander vertauscht oder beliebig miteinander kombiniert werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Schleifwerkzeug
2
Zentralbohrung
3
Drehachse
4
Tragkörper, Scheibenkörper
5
Schleifbelag
6
Verbindungsnaht, Schweißnaht
7
Durchbrechung
8
zusätzlicher Schneidbelag, Diamantbelag
9
Spirallinie
10
hartes Schleifmittel, Diamant, kubisches Bornitrid
11
Hinterschnitt
12
Schleifelement
13
Schleifkörper, Kornhohlkugel
14
minderhartes Schleifmittel, Korrund, Siliziumkarbid
15
Bindemittel, Matrix für Schleifbelag
16
Bindemittel für Kornhohlkugel
17
Trennschleifscheibe, Diamant-Trennschleifscheibe
18
Bohrkrone
19
Sägeseil
20
Seele
21
Feder
22
elastische Umhüllung
23
Schleiftopf
24
Mantel, äußere Oberfläche der Kornhohlkugel
25
Schleifpartikel

Claims (16)

  1. Gebundenes Schleifwerkzeug, vorzugsweise Trennschleifwerkzeug, enthaltend einen Schleifbelag (5) mit einem vorzugsweise metallischen Bindemittel (15) und Schleifmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schleifbelag (5) eine Mischung von Schleifkörpern (13) und Schleifpartikeln (25) enthält,
    die Schleifkörper (13) als Kornhohlkugeln ausgebildet sind,
    der Schleifbelag (5) ein oder mehrere Arten harter Schleifmittel (10) sowie ein oder mehrere Arten minderharter Schleifmittel (14) enthält,
    wobei die minderharten Schleifmittel (14) an der äußeren Oberfläche der Kornhohlkugeln (13) angeordnet sind und
    die harten Schleifmittel (10) die Schleifpartikel (25) bilden.
  2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifwerkzeug (1) einen Tragkörper (4) mit einem umfangseitig oder stirnseitig angeordneten Schleifbelag (5) aufweist.
  3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als harte Schleifmittel (10) Diamant und/oder kubisches Bornitrid enthalten sind.
  4. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als minderharte Schleifmittel Korund und/oder Siliziumkarbid enthalten sind.
  5. Schleifwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die minderharten Schleifmittel (14) ganz oder teilweise aus keramischem Korund bestehen.
  6. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Härteunterschied zwischen dem harten (10) und dem minderharten Schleifmittel (14) mindestens 15 Gpa (HV 1) beträgt.
  7. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kornhohlkugeln (13) aus einem keramischen Material bestehen, in das minderharte körnige Schleifmittel (14) ohne ein weiteres Bindemittel unmittelbar in die äußere Oberfläche (24) der Kornhohlkugeln (13) eingebunden sind.
  8. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper der Kornhohlkugel (13) aus einem keramischen Material besteht und das minderharte Schleifmittel (14) mittels eines keramischen Bindemittels (16) mit der äußeren Oberfläche (24) der Kornhohlkugel (13) verbunden ist.
  9. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kornhohlkugel (13) einschließlich des darin eingebundenen minderharten Schleifmittels (14) das 1 bis 10-fache des mittleren Durchmessers des oder eines der harten Schleifmittel (10) beträgt.
  10. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minderharten körnigen Schleifmittel (14) einen kleineren Durchmesser als die harten Schleifmittelpartikel (10,25) aufweist.
  11. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (5) von ein oder mehreren Schleifelementen (12) gebildet ist, die mit dem Tragkörper (4) verbunden sind.
  12. Schleifwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (4) aus einem anderen Material als der Schleifbelag (5) besteht.
  13. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifbelag (5) Bestandteil eines in Gänze oder zumindest zum Teil gesinterten Tragkörpers (4) ist.
  14. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (4) außer dem Schleifbelag (5) mindestens einen zusätzlichen Schneidbelag (8) aufweist.
  15. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennschleifwerkzeug (1) als Trennschleifscheibe (17), als Bohrkrone (18) oder als flexibles Sägeseil (19) ausgebildet ist.
  16. Schleifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifwerkzeug (1) als Schleiftopf (23) ausgebildet ist.
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