DE102019122711A1

DE102019122711A1 - Dreischichtige Schleifscheibe

Info

Publication number: DE102019122711A1
Application number: DE102019122711.9A
Authority: DE
Inventors: Ingolf Wiegner; Peter Rehlich; Karsten Korschelt; Marco Weber
Original assignee: Atlantic GmbH
Current assignee: Atlantic GmbH
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-02-25
Also published as: CN114641372A; CN114641372B; US20220176517A1; JP2024024111A; KR20220078574A; BR112022003308A2; JP2022545807A; EP4017681A1; MX2022002287A; WO2021037745A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige kreisscheibenförmige Schleifscheibe 1 mit mindestens drei im wesentlichen planen Schichten 2, 3 und 4, die eine innere Schicht 2 und zwei unmittelbar an die innere Schicht angrenzende äußere Schichten 3 und 4 umfassen, von denen wenigstens die innere Schicht einen Anteil an Diamantschleifkorn aufweist, wobei der Anteil an Diamant in dem Schleifkorn in der inneren Schicht größer ist als in den äußeren Schichten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung einer derartigen Schleifscheibe.
Schleifscheiben, die aus einer einzigen homogenen Schicht abrasiven Materials bestehen, sind allgemein bekannt. Beispielsweise zeigt das Dokument WO 2006/079444 A1 eine Schleifscheibe mit einer homogenen Schicht diamanthaltigen Schleifkorns in Kunstharzbindung zum Schleifen von keramischen Kugeln. Die Schleifscheibe wird dabei in Axialrichtung beaufschlagt, und die zu schleifenden Kugeln laufen in konzentrisch zu der Drehachse ausgerichteten Rillen.
Mehrschichtige Schleifscheiben sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus dem Dokument JP 2003300166 A . Dort wird eine Schleifscheibe mit drei sandwichartig in Axialrichtung aufeinander angeordneten Schichten beschrieben. Die Schleifscheibe ist Teil einer Schleifvorrichtung für präzise Schnitte in Radialrichtung. Eine besonders gute Maßhaltigkeit soll erzielt werden, indem eine mittlere Schicht mit relativ groben Schleifkorn aus Diamant gefertigt ist, während die axial anliegenden beiden äußeren Schichten aus einem Schleifkorn aus Diamant mit feinerer Körnung gefertigt sind. Im Gebrauch wird durch Abnutzung der beiden äußeren Schichten die schleifende Umfangsfläche der Scheibe konvex, so dass sich die Scheibe im Werkstück selbst zentriert. Weiter ist aus dem Dokument CN106944938 eine dreischichtige Schleifscheibe bekannt, bei der die beiden äußeren Schichten einen Anteil an Diamantschleifkorn enthalten, während die mittlere oder innere Schicht Aluminiumoxid und Kunstharz enthält. Dieser Aufbau verbessert die Wärmeabfuhr durch die innere Schicht der Schleifscheibe.
Schleifscheiben mit einer Matrix, die homogen oder in allen Schichten gleich viel Diamantschleifkorn enthält, sind kostspielig in der Fertigung. Eine dreischichtige Schleifscheibe mit einer mittleren oder inneren Schicht, die frei von Diamantschleifkorn ist, ist nicht zum Schleifen von keramischen Kugeln geeignet.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mindestens dreischichtige Schleifscheibe zu schaffen, die in der Fertigung gegenüber dem Stand der Technik preiswerter ist und die insbesondere zum Schleifen von keramischen Kugeln geeignet ist.
Diese Aufgaben werden von einer Schleifscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Verwendung einer solchen Schleifscheibe gelöst.
Weil die Schleifscheibe mit einer inneren oder mittleren Schicht und wenigstens zwei äußeren Schichten versehen ist und die innere Schicht einen höheren Anteil an Diamant im Schleifkorn aufweist als die beiden unmittelbar an die innere Schicht angrenzenden äußeren Schichten, ist eine Einsparung von Diamantschleifkorn gegenüber homogen aufgebauten Schleifscheiben oder solchen Schleifscheiben, deren Schichten sich nur durch die Korngröße, nicht aber durch den Gehalt an Diamant unterscheiden, möglich. Außerdem kann eine solche Schleifscheibe vorteilhaft zum Schleifen von keramischen Kugeln eingesetzt werden, da sich in der mit den Kugeln in Kontakt kommenden äußeren Schicht schnell die erforderlichen Führungsrillen ausbilden und die innere Schicht vorwiegend oder ausschließlich abrasiv wirken muss, also den eigentlichen Schleifvorgang bewirkt.
Vorteilhaft ist zumindest die innere Schicht mit Schleifkorn in Kunstharzbindung ausgeführt. Es ist weiter von Vorteil, wenn die beiden unmittelbar jeweils an einer Planseite der inneren Schicht an die innere Schicht angrenzenden äußeren Schichten das gleiche Schleifkorn aufweisen, und insbesondere dass diese beiden äußeren Schichten die gleiche Dicke in Axialrichtung aufweisen.
Bei ihrer Verwendung zum Kugelschleifen wird die neue Schleifscheibe vorzugsweise mit einer äußeren Planseite auf eine metallische Trägerplatte geklebt. Die unmittelbar auf der Trägerplatte aufliegende äußere Schicht wir dann nicht zu Schleif- oder Führungszwecken beim Kugelschleifen genutzt. Es hat sich aber als vorteilhaft erwiesen, diese der baugleich ausgeführten anderen äußeren Schicht gegenüber liegende Schicht vorzusehen, da sich dadurch ein Verzug der gesamten Schleifscheibe und insbesondere der inneren Schicht während der Fertigung minimieren lässt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1: einen Ausschnitt einer dreischichtigen Schleifscheibe in einer Ansicht in Radialrichtung;
2: die Schleifscheibe aus 1 mit vorbereiteten Führungsrillen für die Verwendung beim Kugelschleifen; sowie
3: die Schleifscheibe aus 1 und 2 bei ihrer Verwendung beim Kugelschleifen in einer entsprechenden Vorrichtung.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Schleifscheibe 1 schematisch in einem Querschnitt in abgebrochener Darstellung veranschaulicht. Die Schleifscheibe 1 weist eine innere Schicht 2 auf, die sandwichartig zwischen einer ersten äußeren Schicht 3 und einer zweiten äußeren Schicht 4 angeordnet ist. Die innere Schicht 2 weist einen höheren Anteil an Diamant im Schleifkorn auf als die beiden äußeren Schichten 3 und 4. Beispielsweise kann die innere Schicht 2 einen Anteil von 50 Gewichtsprozent (Gew.-%), 75 Gew.- % oder auch 90 Gew.-% an Diamant im Schleifkorn aufweisen. Es handelt sich bei dieser Angabe um den Anteil am Schleifkorn ohne die Bindungsmatrix. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Schleifkorn auch zu 100 % aus Diamant bestehen. Die Körnung des Schleifkorns ist hier nicht erfindungswesentlich. Geeignete Körnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die beiden äußeren Schichten 3 und 4 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Sie enthalten ebenfalls Schleifkorn, allerdings mit einem geringeren oder gar keinem Anteil an Diamant. So kann der Gehalt an Diamant in diesen beiden Schichten unter 50 Gew.-% liegen, insbesondere unter 25 % und sogar unter 10 %. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden äußeren Schichten 3 und 4 im Wesentlichen frei von Diamantschleifkorn, also bis auf im Herstellungsprozess unvermeidbaren Verunreinigungen oder Spuren.
Wenn die innere Schicht 2 nicht zu 100 % mit Diamantschleifkorn gefertigt ist, können die zu insgesamt 100 % erforderlichen Anteile ergänzt werden mit preiswerterem Schleifkorn wie zum Beispiel Korund (Al₂O₃), insbesondere Edelkorund, Siliciumcarbid (SiC), aber auch jedes andere bekannte Schleifkorn. Die beiden äußeren Schichten enthalten ebenfalls konventionelles Schleifkorn. Insbesondere ist in der Ausführungsform, in der die beiden äußeren Schichten 3 und 4 frei von Diamantschleifkorn sind, das gesamte Schleifkorn aus preiswerterem Material wie Korund, SiC, einem anderen Schleifkorn oder einer Mischung der infrage kommenden, nicht diamanthaltigen Schleifkörnern ausgewählt.
Die innere Schicht 2 und die äußeren Schichten 3 und 4 werden im Heißpressverfahren in einer Kunstharzbindung hergestellt. Das Verhältnis zwischen Schleifkorn und Kunstharz wird geeignet gewählt, so wie es am Stand der Technik üblich ist. Das Porenvolumen einer erfindungsgemäßen Schleifscheibe liegt vorzugsweise zwischen 3 und 10 %.
Durch den im Wesentlichen identischen Aufbau der beiden äußeren Schichten 3 und 4 wird erreicht, dass sich die Schleifscheibe während oder nach der Herstellung, zum Beispiel in der Abkühlphase, praktisch nicht verzieht. Bei einer Schleifscheibe mit einer nur einseitig aufgebrachten äußeren Schicht ist aufgrund unterschiedlicher Wärmeleitung und Wärmekapazität sowie aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung der Materialien mit Verzug zu rechnen.
Die Schleifscheibe ist eine kreisrunde Scheibe, die rotationssymmetrisch zu einer Achse D ausgebildet ist.
Die Dicke in Richtung der Achse D kann je nach Einsatzzweck gewählt werden. Somit sind die Abmessungen der Scheibe sowie der einzelnen Schichten 2, 3 und 4 wählbar und abhängig von der Anwendungssituation. Der Scheibendurchmesser lässt sich ebenfalls wählen und auf die Bedürfnisse der Schleifmaschine anpassen. Insbesondere kann die Dicke der äußeren Schichten 3 und 4 kleiner sein als die Dicke der inneren Schicht 2, da diese hauptsächlich zur Stabilisierung der Schleifscheibe dienen. Die als Einlaufschicht für die keramischen Kugeln dienende Schicht 3 wird nach dem Heißpressen auf ein Maß heruntergeschliffen, welches für die Anwendung, das heißt für die in der Verwendung zu schleifenden Kugeldurchmesser, angebracht ist.
Die 2 zeigt die Schleifscheibe 1 aus 1 in einer ebenfalls geschnittenen, abgebrochenen Darstellung. Hier ist im Querschnitt erkennbar, dass die obere äußere Schicht 3 gegenüber der Ausgangssituation in 1 nachträglich (nach dem Heißpressen) mit Führungsrillen 5 versehen ist, die die Schleifscheibe 1 zur Verwendung beim Kugelschleifen vorbereiten. Die Führungsrillen 5 sind konzentrische, kreisförmig umlaufende Rillen, die in der äußeren Oberfläche der äußeren Schicht 3 angeordnet sind und die symmetrisch und konzentrisch zu der Rotationsachse D ausgerichtet sind.
In der 3 ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Schleifscheibe 1 beim Kugelschleifen auf einer Maschine mit vertikaler Antriebsachse veranschaulicht. Die 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung zum Kugelschleifen in einer Seitenansicht. Dabei ist eine feststehende Führungsscheibe 10 vorzugsweise aus Stahlguss vorgesehen. Die Führungsscheibe 10 weist an ihrer Unterseite umlaufende Führungsrillen 11 auf, in denen eine Vielzahl von zu schleifenden Kugeln 12 geführt werden. Von der Unterseite her ist ein Trageteller 13 mit der darauf angeordneten Schleifscheibe 1 mit der inneren Schicht 2 und den beiden äußeren Schichten 3 und 4 vorgesehen, die durch eine Antriebswelle 15 in Rotation zu versetzen ist.
Zum Schleifen wird von der Oberseite her ein Druck P auf die feststehende Führungsscheibe 10 ausgeübt. Die Trageplatte 13 wird durch einen Antrieb in Rotation versetzt, so dass die Kugeln 12 sich in den Führungsrillen 11 und insbesondere auch in den Führungsrillen 5 der Schleifscheibe 1 abwälzen. Während die Führungsrillen in der ersten äußeren Schicht 3 noch keinen nennenswerten Beitrag zum Abtrag von keramischen Kugeln leisten, beginnt der effektive Schleifvorgang dann, wenn die Kugeln 12 sich durch die Schicht 3 gearbeitet haben und mit der diamanthaltigen Schicht 2 in Kontakt kommen. Die Geschwindigkeitsunterschiede in den verschiedenen Bereichen der Führungsrillen bewirken eine Relativbewegung des Schleifkorns zu der Oberfläche der Keramikkugel. Das Schleifkorn führt dann zu einer Abrasion der Oberfläche der Kugel und damit zu einer Verbesserung der Oberflächenqualität und der Kugelform.
Die erfindungsgemäße Schleifscheibe kann dabei sowohl auf einer Kugelschleifmaschine mit vertikaler Antriebswelle als auch auf einer Kugelschleifmaschine mit horizontaler Antriebswelle verwendet werden.
Ein Vorteil der insoweit beschriebenen Schleifscheibe, insbesondere bei ihrer Verwendung zum Kugelschleifen besteht darin, dass die gesamte Dicke der inneren Schicht 2 für den Schleifvorgang genutzt werden kann. Die mit preiswerterem Schleifkorn gefertigten äußeren Schichten dienen nur zur anfänglichen Führung der Kugelrohlinge in den Führungsrille 5 sowie zum Befestigen der Schleifscheibe auf dem Tragteller 13. Die tragende Schicht 4 hat weiterhin den Effekt, dass die schleifende diamanthaltige Schicht 3 bis zum Durchbruch verwendet werden kann und, anders als bei einschichtigen Scheiben, so eine Reduktion des zu verwerfenden Diamantmaterials erreicht wird. Wenn beide Aufgaben bei einer einschichtigen Diamantschleifscheibe von der Diamantschicht übernommen werden, ist der Verbrauch an Diamantschleifkorn insgesamt höher als bei der oben dargestellten mehrschichtigen Schleifscheibe mit einer inneren Schicht mit höherem Diamantanteil. Weiterhin führt die weichere Einlaufschicht 2 dazu, dass der Vorgang der Rillenbildung zum einen deutlich schneller stattfindet als in der harten Diamantschicht und zum anderen die Anzahl an Kugelchargen mit niedriger Qualität reduziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/079444 A1 [0002]
JP 2003300166 A [0003]
CN 106944938 [0003]

Claims

Mehrschichtige kreisscheibenförmige Schleifscheibe (1) mit mindestens drei im wesentlichen planen Schichten, die eine innere Schicht (2) und zwei unmittelbar an die innere Schicht (2) angrenzende äußere Schichten (3, 4) umfassen, von denen wenigstens die innere Schicht (2) einen Anteil an Diamantschleifkorn aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Diamant in dem Schleifkorn in der inneren Schicht (1) größer ist als in den äußeren Schichten (3, 4).
Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (2) einen Anteil von mindestens 50 Gew.-% an Diamant im Schleifkorn aufweist.
Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (2) einen Anteil von mindestens 75 Gew.-% an Diamant im Schleifkorn aufweist.
Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (2) einen Anteil von mindestens 90 Gew.-% an Diamant im Schleifkorn aufweist.
Schleifscheibe einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schichten (3, 4) jeweils einen Anteil von weniger als 90 Gew.-% Diamant im Schleifkorn aufweisen.
Schleifscheibe einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schichten (3, 4) jeweils einen Anteil von weniger als 75 Gew.-% Diamant im Schleifkorn aufweisen.
Schleifscheibe einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schichten (3, 4) jeweils einen Anteil von weniger als 50 Gew.-% Diamant im Schleifkorn aufweisen.
Schleifscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (1) genau drei schleifkornhaltige Schichten (2, 3, 4) aufweist.
Schleifscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Schichten (3, 4) gleich aufgebaut sind und insbesondere die gleiche axiale Dicke aufweisen.
Schleifscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (2) und die äußeren Schichten (3, 4) in Kunstharzbindung ausgeführt sind.
Verwendung einer Schleifscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Schleifen von Kugeln (12).
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifscheibe (1) mit einer Außenseite auf eine metallische Trägerplatte (13) geklebt ist.