[0001] Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe, insbesondere zum Tiefschleifen, mit einem
zweiteiligen Schleifbelag, der in einem Teil feinkörnige Diamanten enthält, sowie
einem zweiten Schleifbelagteil, der auf einer Seite gebildet wird und grobkörnigere
Diamanten enthält.
[0002] Beim Tiefschleifen eines Werkstückes mit einer Umfangsschleifscheibe oder auch einer
Topfschleifscheibe mit Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid bildet sich im
Verlaufe der Schleifscheiben-Lebensdauer an der wirksamen Schleifscheibenfläche ein
sogenanntes Dachprofil aus. Die Form des Dachprofils hängt dabei von der Breite des
Schleifbelages und der Höhe der Zustellung der Schleifscheibe ab. Die Hauptzerspanungsarbeit
hat dabei der in Vorschubrichtung zunächst eingreifende Teil der Schleifscheiben-Schleiffläche
zu leisten, während der nachfolgende Teil weitgehend die Oberflächengüte bestimmt.
Da den unterschiedlichen Flächenabschnitten der Schleifscheibe somit verschiedene
Aufgaben zukommen, ist es bekannt, die Teile der Schleiffläche unter Berücksichtigung
der unterschiedlichen Belastungen unterschiedlich zu gestalten und zwar hinsichtlich
der verwendeten Diamantkorngrößen in diesen Abschnitten sowie der Konzentration an
Diamanten.
[0003] Eine bekannte Umfangsschleifscheibe trägt an ihrer Umfangsfläche und eine Topfschleifscheibe
an ihrer Stirnfläche feinkörnige Diamanten, die in einer Bindung gehalten sind,
welche bespielsweise aus einem Phenolharz und Kupfer besteht. In jenem Bereich der
Schleifscheibe, der größeren Belastungen ausgesetzt ist, sind Diamantkörner größerer
Klassifizierung angeordnet, während in dem Bereich, der die Oberflächengüte bestimmt,
Diamanten kleinerer Klassifizierung eingebettet sind. Die Bereiche weisen gleiche
Bindungsart auf und die Diamantkörner sind entsprechend ihrem jeweiligen volumetrischen
Anteil in der Bindung stochastisch verteilt.
[0004] Üblicherweise werden die unterschiedlichen Schleifbelagzonen so gewählt, daß die
Schleifscheibe mit dem Belagteil mit feiner Kornklassifizierung die geforderte Oberflächengüte
erreichen läßt, der Belagteil mit größerer Diamantklassifizierung bei vorgegebenen
Zerspanvolumen je Zeiteinheit unter der dadurch auftretenden Belastung nicht zusammenbricht
und auch keine unzulässigen Kräfte und Temperaturen erzeugt. Bewährt hat sich z. B.
bei einer Belagbreite von 5 mm die Aufteilung in eine 3 mm breite Belagzone für den
feinkörnigen Teil und eine 2 mm breite Belagzone für den grobkörnigen Teil.
[0005] Beim Tiefschleifen nach dem sogenannten Quick-Point-Verfahren, bei dem die Achsen
zwischen Schleifscheibe und Werkstück schräg zueinander ausgerichtet sind, ist nur
eine nahezu punktförmige Berührung zwischen Schleifscheibe und Werkstück erwünscht.
Die wirksame Schleifscheibenbreite sollte so klein wie möglich sein. Nur dadurch
läßt sich das Ziel des Verfahrens, mit sehr hohen Abtragsleistungen zu arbeiten, verwirklichen.
Daraus resultiert eine große Belastung einer schmalen Zone im Außenrandbereich des
Schleifbelages. Um eine zu große Abnutzung des Belages aufgrund der hohen Belastung
zu vermeiden, sind möglichst grobe Schleifkörner in Kombination mit einer verschleißfesten
Bindung zu wählen. Nur dadurch läßt sich die erforderliche Maßgenauigkeit am Werkstück
einhalten, weil anderenfalls der Schleifscheibenverschleiß Formabweichungen, insbesondere
Zylinderformabweichungen am Werkstück, verursachen würde.
[0006] Andererseits wird durch die Wahl eines solchen Schleifbelages eine zu große Rauheit
der Werkstückoberfläche erzeugt, die beim Schleifen meist unzulässig ist.
[0007] Die bisher bekannten Ausführungsarten von Schleifscheiben für dieses Schleifverfahren
ließen entweder die geforderten Oberflächenrauhheiten nicht erreichen oder aber sie
zeigten zu hohen Verschleiß oder aber mußten im Verlauf ihrer Lebensdauer zu häufig
abgerichtet werden.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schleifscheibe mit kleiner Eingriffsbreite zum
Tiefschleifen zu schaffen, die fortlaufend im Außenrandbereich der Stirnfläche einen
sehr hohen Diamantanteil als Schutz gegen einen Verschleiß bzw. eine Abrundung dieser
Außenkante aufweist und gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte bewirkt. Gemäß der
Erfindung ist dafür vorgesehen, daß der Schleifbelag einer Schleifscheibe an der
in Vorschubrichtung vorn liegenden Stirnseite aus einem Belag aus Diamantkörnern
mit einer Körnungsgröße von 150 bis 400 Mikrometern besteht, der bei einer Umfangsscheibe
einschichtig in Richtung der Drehachse der Schleifscheibe und mehrschichtig senkrecht
zu der Drehachse der Schleifscheibe ausgebildet ist, wobei die Diamantkörner sich
gegenseitig berührend in z. B. einer galvanisch niedergeschlagenen Nickelbindung
gehalten sind, während bei einer Topfschleifscheibe die einschichtige Ausbildung des
Diamantbelages parallel zur Drehachse ausgerichtet ist.
[0009] Die Erfindung sieht damit vor, der einschichtigen Schleifbelagzone mit grobem Diamant
und einer verschleißfesten Bindung eine rund 2 - 3 mm breite Zone mit feinkörnigem
Schleifmittel nachzuordnen. Dieser Schleifbelagteil hat die Aufgabe, die Rauheit
der Werkstückoberfläche zu vermindern. Die so ausgebildete Schleif scheibe gestattet
eine hohe Abtragsleistung, wobei die für die hohe Abtragsleistung entscheidende Schleifbelagzone
mit grobem Diamant nur mit kleiner Wirkbreite zum Eingriff kommt und daher das Verfahrensprinzip
verwirklicht, während ein nachgeschalteter Teil der Schleifbelagzone nur noch die
auf der Werkstückoberfläche erzeugte Rauheit verringert, ohne das Verfahrensprinzip
der geringen Eingriffsbreite zur Erzielung hoher Leistung wesentlich zu beeinflussen.
[0010] Die erfindungsgemäße Schleifscheibe hat den Vorteil, daß von Anbeginn ihres Einsatzes
bis zu ihrem vollständigen Verbrauch in dem auf das äußerste beanspruchten Randbereicht
der Stirnseite fortlaufend die Belastung von einem extrem hohen Diamantanteil aufgenommen
wird, so daß keine Dachbildungen bzw. Abschrägungen oder Abrundungen an dieser Kante
in Kauf genommen zu werden brauchen. Dabei zeigt sich, daß selbst bei größten Belastungen,
wie bei einem Tiefschleifen nach dem Quick-Point-Verfahren, die auftretende Abnutzung
an der Stirnaußenseite der Schleifscheibe nicht größer ist, als die der einer geringeren
Belastung ausgesetzten, aber auch weniger widerstandsfähigen Umfangsfläche, so daß
auch nach längerer Ausnutzung und Abnutzung der Schleifscheibe das ursprüngliche
Profil erhalten ist. Durch das unmittelbare Aneinanderliegen der relativ großen Diamantkörner
im Außenrandbereich wird jedoch nicht nur eine hohe Standzeit des Werkzeuges erreicht,
sondern wegen der geringen wirksamen Schleifscheibenbreite darüber hinaus auch eine
hohe Abtragsleistung bei optimalen Schleifeigenschaften gewährleistet.
[0011] Für den Auftrag und Halterung des erfindungsgemäßen Schleifbelages mit Diamanten
geringer Körnungsgröße auf der Umfangsfläche auf dem Schleifkörper, die in einer Bindung
gehalten sind, kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht. Allgemein zweckmäßig
ist es jedoch, wenn die Diamanten der Stirnfläche mit ihrer z. B. galvanisch niederzuschlagenden
Bindung aus Nickel auf einer Zwischenschicht angeordnet werden, die mit der Bindung
der feinen Diamantkörner der Umfangsfläche verbunden ist. Besteht die Bindung der
feinen Diamantkörner beispielsweise aus Bronze, so wird die Haftung des galvanisch
abzuscheidenden Nickels auf dieser Bindung verbessert, wenn eine Zwischenschicht
angeordnet ist, die beispielsweise aus Sintereisen besteht. Allgemein ist es jedoch
von Vorteil, wenn die Zwischenschicht aus einem Metall besteht, das Bestandteil der
Bindung der feinen Schleifkörner des Schleifbelages an der Umfangsfläche ist. Besteht
diese Bindung also beispielsweise aus einem Phenolharz mit einem Kupferpulver, so
sollte die Zwischenschicht vorzugsweise aus einer pulvermetallurgischen Kupferschicht
bestehen. Dabei reicht es aus, wenn die Zwischenschicht eine Stärke von lediglich
0,1 bis 0,3 mm aufweist, wie es zu erreichen ist bei einem Sintervorgang in einer
Form, bei dem gleichzeitig diese Zwischenschicht sowie das Bindemittel mit den feinkörnigen
verteilten kleinen Diamanten gesintert wird.
[0012] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine
Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: zwei Darstellungen der Lage einer Schleifscheibe zum Werkstück beim Tiefschleifen
nach dem Quick-Point-Verfahren;
Figur 2: die Seitenansicht eines Werkstückes mit Schleifscheibe im Einsatz;
Figur 3: den Randbereich einer vorbekannten Schleifscheibe;
Figur 4: eine Topfschleifscheibe nach der Erfindung im Schnitt und
Figur 5: den Randbereich einer erfindungsgemäßen Umfangsschleifscheibe mit Zwischenschicht.
[0013] Die in Figur 1 wiedergegebene Anordnung zeigt eine Schleifscheibe 2 in ihrer Lage
zum Werkstück 1 beim Schleifen nach dem Quick-Point-Verfahren, bei dem eine nahezu
punktförmige Berührung stattfindet zwischen diesen Teilen und damit eine sehr hohe
Belastung der Schleifscheibe 2.
[0014] So ist aus der links wiedergegebenen Seitenansicht erkennbar, daß die Achse der
Schleifscheibe 2 um einen Winkel ß geneigt ist zu der Achse des Werkstückes 1 und
in der Draufsicht gemäß dem rechten Teil der Figur 1 um einen Winkel α , so daß also
nicht nur eine Schrägstellung innerhalb der Zeichenebene vorliegt, sondern auch in
räumlicher Hinsicht.
[0015] Der Vorschub der Schleifscheibe 2 erfolgt dabei entsprechend dem Pfeil 3, wobei
der Pfeil 3′die Zustellrichtung angibt. Bei einem derartigen Arbeiten wird insbesondere
der außenliegende Stirnseitenbereich der Schleifscheibe belastet. Dieser Stirnseitenbereich
ist in Figur 2 mit 6 bezeichnet, wobei der Vorschub der Schleifscheibe 2 wiederum
entsprechend dem Pfeil 3 erfolgt. Bei einem derartigen Tiefschleifen wird durch die
Umfangsfläche 4 die Oberflächengüte des Werkstückes 1 erzeugt, während die Stirnfläche
6 den materialabtrag bewirkt.
[0016] Um diesen unterschiedlichen Belastungen Rechnung zu tragen, besteht bei einer bekannten
Schleifscheibe 2 entsprechend Figur 3 der Schleifbelag aus zwei unterschiedlichen
Teilen. Der Teil 6 des Schleifbelages weist größere Diamantkörner auf als der der
Teil 5. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Diamanten jedoch auf der Stirnseite
in loser Verteilung und im Abstand zueinander stehend in einer Bindung gehalten, die
aus dem gleichen Material besteht wie die Bindung des Schleifbelages 5 der Umfangsfläche
4. Das hat zur Folge, daß bei einer stärkeren Belastung ein "Dachprofil" 7 bzw. eine
Abschrägung an der Außenkante der Schleifscheibe in Kauf genommen werden muß, die
zu einer Verminderung der Abtragsleistung und Erhöhung der Schleifkräfte des Werkzeuges
führt.
[0017] Diese Nachteile entfallen bei den erfindungsgemäßen Ausführungen nach den Figuren
4 und 5, die an der Stirnseite bzw. Umfangsseite der Schleifscheibe einen Schleifbelag
9 tragen, der aus einem einzigen Belag aus großen Diamantkörnern 9′ besteht, der einschichtig
ausgebildet ist in Richtung parallel zu der Drehachse der Schleifscheibe und mehrschichtig
in der Richtung senkrecht zur Drehachse der Umfangsschleifscheibe nach Figur 5 und
umgekehrt bei der Topfschleifscheibe nach Figur 4.
[0018] Beim Schleifen mit einer Umfangsschleifscheibe nach Figur 5 verläuft die Drehachse
der Schleibe parallel zur geschliffenen Werkstückkante. Die großen Diamanten, angeordnet
in einem einschichten Belag, bilden dann die Stirnfläche der Schleifscheibe. Die Umfangsfläche
der Schleifscheibe ist in Figur 4 mit "4" gekennzeichnet. Benutzt man jedoch eine
Topfschleifscheibe, dann verläuft die Drehachse der Schleifscheibe senkrecht zu der
geschliffenen Werkstückkante. In diesem Fall ist der grobkörnige Teil des Belages
die Umfangsfläche der Schleifscheibe und die mit "4" gekennzeichnete Schleifbelagfläche
die Stirnfläche der Schleifscheibe. In bei den Fällen verläuft die Vorschubrichtung
parallel zur geschliffenen Werkstückkante und ist in Figur 4 von links nach rechts
gerichtet.
[0019] Die einzelnen Schleifkörner 9′, die eine Größe haben von 150 bis 400 Mikrometern,
sind gehalten in einer galvanisch niedergeschlagenen Nickelbindung 10, welche eine
Anordnung der Diamantkörner 9′ zueinander erlaubt, bei welcher sich diese unmittelbar
berühren.
[0020] Als Material für die Bindung der feinkörnigen Diamanten in der Umfangsfläche 4 ist
ein Phenolharz mit Nickelpulver vorgesehen, so daß eine ausreichende Haftung gegeben
ist zu dem galvanisch abzuscheidenden Nickel für die Halterung der Diamanten 9′. Demgegenüber
ist jedoch bei der Ausführung nach Figur 5 eine Zwischenschicht 8 vorgesehen für
eine bessere Haftung. Diese pulvermetallurgisch im Sinterverfahren aufgetragene Zwischenschicht
8 besteht vorzugsweise aus einem Metall, das auch Bestandteil der Bindung des Schleifbelages
5 darstellt. Besteht also beispielsweise diese Bindung aus einem Harz und einem Kupferpulver
oder Stahlpulver, so kann die Zwischenschicht 8 ebenfalls aus Kupfer oder Stahl bestehen.
[0021] Grundsätzlich ist also eine galvanisch aufgebrachte Nikkelbindung nicht die einzige
Lösung, einen einschichtigen Schleifmittelbelag zu binden; vielmehr sind auch dünne,
gesinterte Bindungen möglich. Zum Beispiel ließe sich eine dünne Schicht aus Bronze
mit grobkörnigem Diamant gleichmäßig auf eine Formoverfläche verteilen, gegebenenfalls
leicht kalt verdichten und dann hierauf eine 3 mm dicke Schicht aufstreuen, die aus
einer möglicherweise anderen Bronze plus feinkörnigem Diamant in einer wesentlich
geringeren Konzentration besteht. Beides könnte im Anschluß daran versintert werden.
Denkbar ist das gleiche Verfahren mit Kunstharzbindungen oder aber auch mit unterschiedlichen
Bindungen für die grobkörnige und die feinkörnige Zone des Schleifbelages. Die Möglichkeiten
sind somit vielfältig, obgleich der galvanische Niederschlag als Bindung eine vorzuziehende
Lösung darstellt.
[0022] Wenn vorstehend allgemein von Diamanten bzw. Diamantkörnern gesprochen ist, so versteht
es sich, daß es sich hierbei um natürliche oder künstlich erzeugte Diamanten handeln
kann, wie auch beispielsweise Körner aus kubisch-kristallinem Bornitrid, das in ihrer
Wirkung den Diamantkörnern gleichzusetzen ist.
1. Schleifscheibe (2) zum Tiefschleifen mit einem Schleifbelagteil (5), der feinkörnige
Diamanten enthält, sowie einem Schleifbelagteil (9), der größere Diamantkörner enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelagteil (9) mit parallel zur Drehachse der
Umfangsschleifscheibe einschichtig angeordneten Diamantkörnern (9′) mit einer Körnungsgröße
von 150 bis 400 Mikrometern versehen ist und die Diamanten senkrecht zur Drehachse
mehrschichtig angeordnet sind, wobei die Diamantkörner (9′) sich gegenseitig berührend
in einer galvanisch niedergeschlagenen Bindung (10) gehalten sind.
2. Schleifscheibe zum Tiefschleifen mit einem Schleifbelagteil (5), der feinkörnige
Diamanten enthält, sowie einem Schleifbelagteil (9), der größere Diamantkörner enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbeschlagteil (9) mit senkrecht zu der Drehachse
der Topfschleifscheibe einschichtig angeordneten Diamantkörnern (9′) mit einer Körnungsgröße
von 150 bis 400 Mikrometern versehen ist und die Diamanten parallel zu der Drehachse
mehrschichtig angeordnet sind, wobei die Diamantkörner (9′) sich gegenseitig berühren
in einer galvanisch niedergeschlagenen Bindung (10) gehalten sind.
3. Schleifscheibe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelagteil
(9) auf einer pulvermetallurgisch aufgetragenen Zwischenschicht (8) angeordnet ist.
4. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
(8) aus Sintereisen besteht.
5. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
(8) aus einem Metall besteht, das Bestandteil der Bindung der Schleifkörner des Schleifbelages
5) an der Umfangsfläche (4) ist.
6. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
(8) aus Nickel besteht.
7. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
(8) eine Stärke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.