Schleifkörper

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkörper mit Schleifkorn, wie Korund, einem Bindemittel, welches ein härtbares organisches oder anorganisches System, bei­spielsweise Kunststoff, wie Phenolharz, ist und Füllstof­fen, die zumindestens zum Teil schleifaktiv sind.

[0002] Die Verwendung von Füllstoffen in Schleifkörpern ist be­kannt. Dabei umfaßt der Begriff Füllstoffe in der Schleif­mittelindustrie praktisch folgende drei Begriffe:

1. Füllstoffe im klassischen bzw. üblichen Sinn zur Ver­füllung von Kunststoffen.
Diese haben folgende Wirkungen:
a) Harzersparnis und damit eine Verbilligung des Harz­systems und damit des Schleifkörpers.
b) Verfestigungswirkungen (Armierungswirkung) und damit eine Erhöhung der Festigkeit des Bindungssteges zwi­schen den Schleifkörnern. Dies bewirkt eine Erhöhung des "Sprengwertes" (Bruchumfangsgeschwindigkeit), der Schleifhärte, der Seitensteifigkeit usw. des Schleifkörpers.
c) Herabsetzen der Festigkeit des Bindungssteges und damit Erzielung einer weicheren Bindung und eines milderen Schliffes. Abgestumpfte Schleifkörner bre­chen leichter aus, die Selbstschärfeigenschaften der Schleifkörper werden verbessert, jedoch nimmt auch der Scheibenverschleiß zu.
Bei manchen Füllstoffen treten Wirkungen a) und b) bzw. a) und c) gemeinsam auf. Beispiele für solche Füllstoffe sind: Holzmehl, Kokosnußschalenmehl, Gesteinsmehl, Krei­de, Ton, Feldspate, Kaolin, Quarz, Glaskurzfasern, Glas­kugeln (Ballotini), oberflächenbehandeltes Feinkorn (Sili­ciumkarbid, Korund usw.), Bimsstein, Korkpulver usw.
Gemeinsam ist diesen Füllstoffen, daß sie "schleifin­aktiv" sind, d.h. daß sich beim Schleifprozeß keine diesen Vorgang positiv beeinflußenden chemischen und physikalischen Reaktionen abspielen.

2. Füllstoffe, die den Verarbeitungsprozeß, insbesondere die thermische Aushärtung der Kunstharze beeinflußen, z.B. Magnesiumoxyd, Calciumoxyd.

3. "Schleifaktive Füllstoffe". Diese bewirken beim Schleif­prozeß chemische und physikalische Vorgänge, welche das Schleifverhalten positiv beeinflussen. Insbesondere sollen diese Füllstoffe Standzeiterhöhungen des Schleif­werkzeuges und die Herabsetzung der Erwärmung von Werk­stück und Schleifkörper und damit die Vermeidung ther­mischer Zerstörungen, insbesondere beim Trockenschliff bewirken. Bei manchen schwierig zu zerspanenden Werk­stoffen, z.B. unlegierten, niedriggekohlten Stählen oder Titan, sind diese Füllstoffe die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Bearbeitung.
Selbstverständlich können die schleifaktiven Füllstoffe auch Wirkungen der unter 1. und 2. erwähnten Füllstoffe (Erhöhung oder Herabsetzung der Festigkeit, Beeinflus­sung des Aushärtungsprozesses usw.) aufweisen.

[0003] Neben den erwähnten Füllstoffen gibt es noch Zusätze in den Schleifkörpern, die entweder eine verbesserte Haftung des Schleifkornes in der Bindung bewirken (Haftvermittler, z B. Silane bzw. haftverbessernde Überzüge, z.B. Fritten mit eingeschmolzenen Metalloxyden, keramische Überzüge usw.).

[0004] Andere Zusätze bewirken z.B. die erleichterte Fertigung, indem sie entweder die Rieselfähigkeit der Schleifmasse verbessern oder die innere Reibung beim Pressen herabsetzen.

[0005] Diese Zusätze spielen außer in Sonderfällen beim Schleif­prozeß keine Rolle.

[0006] Die wichtigsten Füllstoffe in Schleifscheibenmassen sind die schleifaktiven Füllstoffe. Ihre Wirkungen lassen sich im allgemeinen in folgende drei Hauptgruppen unterteilen:

1. Herabsetzung der Reibung zwischen Schleifkorn, Werk­stück und Spänen, d.h. die Füllstoffe bzw. ihre Folge­produkte müssen als Hochtemperatur- und Hochdruckschmier­mittel wirken. Sie können dabei einen primären Schmier­film in Form eines Schmelzfilmes (z.B. Kryolith) oder eines Feststoffschmierfilmes (Graphit, Molybdänsulfid, Bleioxyd) bilden. Es können aber auch sekundäre Filme entstehen: Metallchlorid (-sulfid) als Füllstoff → Chlor- (Schwefel-) -abspaltung → Metallchlorid (-sulfid) des geschliffenen Werkstoffes.

2. Schutzwirkungen durch Bilden von primären bzw. sekun­dären Oberflächenfilmen auf Korn, Werkstück und Spänen (analog Punkt 1.). Dadurch werden Kornzerstörungen durch Diffusionsvorgänge (z.B.Spinellbildung beim Schleifen von Eisenwerkstoffen mit Korund), Aufbau­schneiden am Korn und Wiederaufschweißeffekte (Späne und Werkstoff) vermieden.

3. Kühleffekte im Mikrobereich durch hohe Schmelz-, Ver­dampfungs- und Umwandlungswärmen und temperaturmäßig günstig gelegene thermische Umwandlungspunkte.

[0007] Als besonders schleifaktiv haben sich beispielsweise Halo­genide (z.B. Bleichlorid, Flußspat, Kryolith usw.), Chalkogenide (z.B. Pyrit Antimonsulfide, Zinksulfid, Molybdänsulfid, Selenide, Telluride usw.) niedrigschmel­zende Metalle (z.B. Blei, Zinn, niedrigschmelzende Misch­ metalle) und Hochdruckschmiermittel (z.B. Graphit, Bor­nitrid) erwiesen.

[0008] Als beste Füllstoffe in der Praxis bezüglich Scheibenstand­zeit und niedriger Schleiftemperatur ("kühler" Schliff) haben sich Bleichlorid und Antimontrisulfid erwiesen.

[0009] Es zeigt sich, daß ein Füllstoff umso schleifaktiver ist, je niedriger seine Umwandlungstemperaturen (Schmelz-, Siede-, Sublimations-, Zersetzungspunkt) liegen, und je bessere Schmierfilme er bei Schleiftemperaturen bildet. Selbstverständlich sind diese Temperaturen nach unten durch die Verarbeitungsbedingungen beim Herstellen der Schleifkörper begrenzt. Zudem sollen bei der Zersetzung beim Schleifprozeß chemisch hochaktive Elemente bzw. Ver­bindungen frei werden, z.B. elementares Chlor, Chlorwas­serstoff, Schwefel, Schwefeldioxyd usw.

[0010] In der Praxis sind allerdings zahlreiche Substanzen nicht oder nur unter besonderen Voraussetzungen einsetzbar, weil sie teuer (Edelmetall-Halogenide, Molybdänsulfid) bzw. toxisch (Arsen-, Selen-, Blei-Verbindungen) sind, die Scheibenfestigkeit herabsetzen (z.B. Graphit, Schwefel) bzw. hygroskopisch oder zumindest leicht wasserlöslich (zahlreiche Chloride) sind bzw. mit dem ungehärteten Phenolharzsystem stark reagieren ( hygroskopische Chlori­de).

[0011] Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß ein optimaler schleifaktiver Füllstoff günstige Umwandlungstemperaturen günstige Filmbildungseigenschaften und chemisch reaktive Abspaltungsprodukte aufweisen muß, daß er und seine Folge­produkte möglichst geringe Toxizität und damit hohe MAK-­Werte aufweisen sollen, daß er kostengünstig sein soll und daß seine Verarbeitung in Schleifkörpern möglich sein muß.

[0012] Es ist Aufgabe der Erfindung, neue schleifaktive Füll­stoffe zu einem niederen Preis zum Einsatz zu bringen, die sich durch niedrige Toxizität und hohe MAK-Werte aus­zeichnen.

[0013] Aus der AT-PS 366 944 der Anmelderin ist die Verwendung hygroskopischer Füllstoffe bekannt, die sehr gute schleif­aktive Eigenschaften aufweisen. Der Nachteil dieser Füll­stoffe ist der, daß sie in der Praxis ummantelt werden müssen, was einerseits arbeitsaufwendig und somit teuer ist und durch die Ummantelung andererseits das Volumen der in die Schleifmasse einbringbaren schleifaktiven Füll­stoffe reduziert.

[0014] Spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, in einen Schleif­körper der eingangs erwähnten Art Füllstoffe einzubringen, die dieselbe Wirkung wie toxische Füllstoffe, z.B. Blei aufweisen, ebenso die schleifaktiven kühlenden Eigenschaf­ten hygroskopischer Füllstoffe z.B. ZnCl₂, ohne dabei hygroskopisch zu sein.

[0015] Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens ein Teil der schleifaktiven Füllstoffe Metallkomplexsalze mit folgendem Aufbau sind:
uM₁ . vM₂ . wHal . xChal . zPh
M₁ = reines Metall oder Gemisch aus Alkali Erdalkali und/­oder Al
M₂ = reines Metall oder Gemisch aus Zn, Mn, Fe außer Fe als Chlorid
Hal = reines Halogen oder Gemisch von F, Cl, Br, J
Chal = Chalkogenid O (Sauerstoff) und/oder S (Schwefel)
Ph = Phosphat bzw. höher kondensierte Phosphate
P_rO_s (r = 1 - 10, vorzüglich 1 - 2,
s = 4 - 20, vorzüglich 4 - 7)
u, v, w, x oder z = 0 - 95% und die Summe aus u und v
1 - 95% vorzugsweise 20 - 80% und die Summe aus w, x und
z 1 - 95% vorzugsweise 20 - 80%
bedeuten, daß die Summe aus u, v, w, x, z 100% ist und daß diese Füllstoffe miteinander verschmolzen oder ge­sintert sind.

[0016] Die angegebenen Prozentwerte sind, wie auch in der folgen­den Beschreibung, falls nicht ausdrücklich anders angege­ben, Gewichtsprozente.

[0017] Erfindungsgemäß werden Chloride zur Verfügung gestellt, die nicht hygroskopisch sind. Man kann daher auf teure Schutzmaßnahmen wie die Ummantelung mit organischen Sub­stanzen verzichten. Dies bringt, wie bereits erwähnt, auch den Vorteil mit sich, daß pro Masseeinheit mehr schleifaktiver Füllstoff in der Schleifmasse ist. Durch die begrenzte Bindefähigkeit und Menge Phenolharz ist es nicht möglich, unbegrenzte Mengen von Füllstoffen in die Schleifmasse einzubinden. Durch eine Ummantelung wird da­her das Volumen der schleifaktiven Füllstoffe in der Schleifscheibe herabgesetzt.

[0018] Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

[0019] Der erfindungsgemäße Füllstoff wird in seiner Verwendung in einer herkömmlichen phenolharzgebundenen Trennschleif­scheibe mit Korund als Schleifkorn beschrieben. Im erfin­dungsgemäßen Ausführungsbeispiel wurden drei Metallsalze miteinander verschmolzen, gemahlen und gesiebt, um den erfindungsgemäßen Füllstoff zu schaffen und zwar wurden die Salze geschmolzen und die Schmelzflüssigkeit auf eine Metalltafel gegossen, wo sie sehr schnell abkühlte, und nach der Erhärtung wurde die Mischung gemahlen, um den neuen Füllstoff zu bilden.

[0020] Die bevorzugte Schleifmischung für eine Trennschleifschei­be zum Schneiden von Baustahl ist eine Mischung von 70 Gew.% KCl und 10 Gew.% von ZnS und 10 Gew.% MnS. Die Par­tikel wurden geschmolzen. Die geschmolzene und anschließend auf einer Stahltafel erhärtete Masse wurde in einer Schlag­kreuzmühle gemahlen und auf eine Feinheit von 24o mesh US-Standard (63 my) gesiebt.

[0021] Drei Trennscheiben wurden hergestellt.

[0022] Eine erste Scheibe wurde hergestellt, bei der in herkömm­licher Weise Bleichlorid (Pb Cl₂) als einziger schleifak­tiver Füllstoff verwendet wurde. Diese Schleifscheibe war die Richtschleifscheibe im Verhältnis zu der die Ergebnis­se der anderen Schleifscheiben gemessen wurden.

[0023] Eine zweite Schleifscheibe wurde ebenso in herkömmlicher Weise hergestellt, wobei K₂ Mn Cl₄ als hygroskopischer, nicht toxischer, aktiver Füllstoff eingebracht wurde.

[0024] Eine dritte Trennscheibe wurde mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Füllstoff versehen.

[0025] Die Herstellung der Trennscheiben erfolgte wie unten ange­führt. Die Masse der in diesen drei Trennscheiben verwen­deten Bindemittel bestand aus Phenolharz und den Füllstof­fen. Das Phenolharz wurde geteilt. 82 Vol.% des gesamten Phenolharzes wurden in der Form einer Novolakhexamischung verwendet und der Rest in der Form eines flüssigen Resols.

[0026] Zuerst wurde die Bindemittelmischung hergestellt, welche aus dem trockenen Harzpulver und den Füllstoffen besteht. Die Zusammensetzungen der Bindemittelmischungen für die drei Scheiben waren die folgenden:

Bindemittel mit Füllstoff

[0027] 

Tabelle I

Material	1.Scheibe	2.Scheibe	3.Scheibe
Phenolharzpulver	100,0	100,0	100,0
Pb Cl ₂	75,2	---	---
K₂ Mn Cl₄	---	52,1	---
geschmolzene Mischung aus 4 KCl·MnS·ZnS	---	---	48,5
Zahlenangaben in Gewichtseinheiten.

[0028] Durch Mischung der obgenannten Bestandteile wurden trocke­ne Bindemittelmischungen hergestellt.

[0029] Nächste Stufe war die Herstellung einer Schleifscheiben­mischung aus Korund, Flüssigharz und der Bindemittelmi­schung. Die Schleifscheibenmischung für die drei Trenn­scheiben ist unten angegeben.

Tabelle II

Material	1.Scheibe	2.Scheibe	3.Scheibe
Korund	74,41	74,69	74,77
Flüssiges Phenolresol	2,34	2,35	2,35
Pulverförmige Bindung	23,25	22,96	22,88

[0030] Die Schleifscheibenmischung wurde dadurch hergestellt, daß der Korund in einen Mischer gegeben wurde. Das flüs­sige Phenolresol wurde auf den Korund geschüttet und der Mischer so lange betrieben, bis die Korundkörner mit dem flüssigen Resol überzogen waren. Die vorgemischte, pulverförmige Bindemittelmischung wurde in einen zweiten Mischer gegeben und das mit Flüssigharz benetzte Schleif­korn eingemischt, bis alle Schleifkörner mit einem Mantel überzogen waren. Die Mischung wurde dann gesiebt, um Klumpen zu entfernen, und zwölf Stunden gelagert. Die ab­gelagerte Mischung wurde in Scheiben mit einem Durchmes­ser von 600 mm und einer Stärke von 7,5 mm gepreßt. In jede Scheibe wurden zwei Armierungsgewebe vom Typ 93160 eingelegt. Die Scheiben wurden dann 36 Stunden lang ge­härtet, wobei die max. Temperatur von 175° während sechs Stunden gehalten wurde. Die gehärteten Scheiben wurden einer Sprengprüfung unterzogen und in bezug auf Unwucht und Abmessungen geprüft. Sämtliche Scheiben entsprachen den Standardwerten.

[0031] Die Schleiftests erfolgten auf einer Rico-Trennmaschine bei einer Umfanggeschwindigkeit von 80 m/sec. Geschnitten wurde Baustahl CK-45 mit einem Querschnitt von 80 x 80 mm. Mit jeder Trennscheibe wurden 20 Schnitte gemacht. Die Trennrate betrug 6,4 cm²/sec. Die Scheibenabnützung und die Schleifleistung wurden gemessen. Der Leistungsfaktor G wurde kalkuliert als Schleifverhältnis = getrennter Materialquerschnitt
Flächenverschleiß der Scheibe.
Die Schleifergebnisse dieser drei Trennscheiben sind in der Tabelle III angeführt.

Tabelle III

Scheibe Nr.	Füllm.	Leistungsfaktor G	Verfärbung	Trennrate cm²/S	Hygroskopie
1.Scheibe	PbCl₂	100%	blank	6,4	nicht hygroskopisch
2.Scheibe	K₂MnCl₄	7o%	blank	6,4	hygroskopisch
3.Scheibe	4KCl·MnS·ZnS	95%	blank	6,4	nicht hygroskopisch

[0032] Nachfolgend weitere Beispiele für erfindungsgemäße Füll­stoffrezepturen:

Beispiele:

[0033] 4KCl . ZnS
4KCl . MnS
6KCl . MnS . Zn₂P₂O₇
4KCl . Zn₂P₂O₇
6KCl . ZnS . MnCl₂ . Zn₂P₂O₇
Wie die Tabelle zeigt, erhält man mit dem erfindungsge­mäßen Füllstoff dem Bleichlorid gleichwertige Leistungs­faktoren bei gleicher Schnittqualität und um ca. 36% bessere Resultate als mit hygroskopischen Manganfüll­stoffen.

Ansprüche

1. Schleifkörper mit Schleifkorn, wie Korund, einem Binde­mittel, welches ein härtbares organisches oder anorga­nisches System, beispielsweise Kunststoff, wie Phenol­harz, ist und Füllstoffen die zumindestens zum Teil schleifaktiv sind, dadurch gekennzeichnet, daß minde­stens ein Teil der schleifaktiven Füllstoffe Metallkom­plexsalze mit folgendem Aufbau sind:
uM₁ . vM₂ . wHal . xChal . zPh
wobei:
M₁ = reines Metall oder Gemisch aus Alkali Erdalkali und/oder Al
M₂ = reines Metall oder Gemisch aus Zn, Mn, Fe außer Fe als Chlorid
Hal = reines Halogen oder Gemisch von F, Cl, Br, J
Chal = Chalkogenide, O und/oder S
Ph = Phospat bzw. höher kondensierte Phosphate
P_rO_s (r = 1 - 10, vorzüglich 1 - 2,
s = 4 - 20, vorzüglich 4 - 7)
u, v, w, x, oder z = 0 - 95% und die Summe aus
u und v 1 - 95% vorzugsweise 20 - 80% und die Summe aus
w, x und z 1 - 95% vorzugsweise 20 - 80%
bedeuten, daß die Summe aus u,v,w,x,z 100% ist und daß diese Füllstoffe miteinander verschmolzen oder gesin­tert sind.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M₁ Li, Na, K, Mg, Ca oder Al ist.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß M₂ Zn, Mn oder Fe ist.

4. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hal F oder Cl ist.

5. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Chal O oder S ist.

6. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ph = PO₄ oder P₂O₇ ist.

7. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schleifaktiven Füllstoffe Metallkomplexsalze mit folgendem Aufbau sind:
mK Cl . nMn S . p Zn₂P₂O₇ .
wobei m, n, p = 1 - 95% und die Summe aus m, n, p 100% ist.

8. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schleifaktiven Füllstoffe Metallkomplexsalze mit folgendem Aufbau sind:
mK Cl + n Zn S + pMn₂P₂O₇ .
wobei m, n, p = 1 - 95% ist.

9. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schleifaktiven Füllstoffe Metallkomplexsalze mit folgendem Aufbau sind:
mK Cl . nMn S
wobei m, n = 1 - 95%, vorzugsweise 20 - 80% bedeuten.

1o. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schleifaktiven Füllstoffe Metallkomplexsalze mit folgendem Aufbau sind. mK Cl . n Zn S
wobei m, n = 1 - 95 %, vorzugsweise 20 - 80% bedeuten.