[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von Partikeln
auf einen Träger gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Durch dieses Verfahren lassen sich Schichten herstellen, die bestimmte Funktionen
erfüllen können, insbesondere abhängig vom Material, aus welchem die Partikel bestehen.
[0003] Beispielsweise bei der Herstellung von hochgenauen abrasiven Werkzeugen wie Abrichtwerkzeugen
ist es wichtig, dass die kritischen Stellen, insbesondere Werkzeugkanten oder Profilspitzen,
mit Körnern besetzt sind, da sonst beim Abrichten ein Fehler auf dem Schleifwerkzeug
generiert wird, der sich in nachteiliger Weise auf die zu bearbeitenden Werkstücke
überträgt. Um die erforderliche Genauigkeit erreichen zu können, werden Hartstoffkörner
beispielsweise von Hand gesetzt. Damit wird die gewünschte Genauigkeit erreicht, das
Setzen von Hand ist aber sehr zeit- und arbeitsintensiv und daher sehr teuer.
[0004] Es sind auch Verfahren bekannt, bei welchen das Setzen von Hand durch maschinelle
Methoden ersetzt wurden, so dass die Herstellung von derartigen Werkzeugen schneller
und kostengünstiger ausgeführt werden können. Aus der US-A-5 832 360 ist beispielsweise
eine Verfahren bekannt, bei welchem auf das zu belegende Trägermaterial ein als Lochblech
ausgebildetes Sieb aufgelegt wird, durch welches mit Hilfe eines Rakels die Lotpaste
gedrückt wird. Danach werden auf das Lochblech Hartstoffpartikel gestreut und das
Lochblech wird vorsichtig abgehoben. Die Hartstoffpartikel, die auf einen Lotpastenpunkt
fielen, bleiben dort auch haften und werden beim anschliessenden Lötprozess dort verankert.
[0005] Dieses Verfahren eignet sich vor allem für ebene und leicht gekrümmte Trägerflächen.
Des weiteren müssen für unterschiedliche Grössen der zu belegenden Fläche jeweils
entsprechende Schablonen verwendet werden, wodurch das Verfahren kompliziert wird.
[0006] Ein weiteres Verfahren ist aus der US-A-6 039 641 bekannt, bei welchem einschichtige
Abrasivbeläge in der sogenannten "Greentape"-Methode hergestellt werden. Hierzu wird
eine teigige Lotpaste auf eine gewünschte Dicke ausgewalzt und anschliessend wird
eine Schablone, die dünner als die mittlere Korngrösse ist, auf die noch nicht getrocknete
Lotpaste gelegt. Die Hartstoffpartikel werden auf die Schablone gestreut, die Schablone
mit den darauf befindenden Körnern wird wieder entfernt. Die durch die Löcher der
Schablone in die Lotpaste gefallenen Körner werden in diese eingedrückt, danach werden
sie als "Greentape" auf einen Grundkörper appliziert und verlötet.
[0007] Auch dieses Verfahren ist vor allem zum Belegen von ebenen Trägerflächen geeignet.
[0008] Aus der CH-A-644 295 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zuerst ein lichtempfindlicher
Galvanikschutzlack auf das Trägermaterial aufgetragen wird. Danach wird dieser Schutzlack
durch eine Maske, die die Struktur des späteren Partikelbelages enthält, hindurchbelichtet
und getrocknet. Die nicht belichteten Stellen werden ausgewaschen und es bleibt ein
strukturierter Galvanikschutzlack auf dem Trägermaterial haften, der die Funktion
einer Schablone übernimmt. Anschliessend werden auf dem Träger Partikel galvanisch
abgeschieden und zuletzt wird der Galvanikschutzlack chemisch entfernt.
[0009] Mit diesem Verfahren können keine einzelnen Körner sondern nur sogenannte Korncluster
abgeschieden werden. Zudem ist dieses Verfahren aufwendig, da immer zuerst eine Maske
erstellt werden muss. Auch dieses Verfahren ist vor allem für ebene Flächen geeignet.
[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen,
mit welchem Partikel auf einen Träger mit einer definierten Verteilung aufgebracht
werden können, wobei dies einfach und kostengünstig möglich sein soll, und wobei der
Träger eine praktisch beliebige Form aufweisen kann.
[0011] Erfindungsgemäss erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im Patentanspruch 1
aufgeführten Merkmale.
[0012] Durch die Möglichkeit der Relativbewegung zwischen dem Träger und der Düse des Mikrodosiersystems
in praktisch beliebiger Bahn und mit beliebigem Geschwindigkeitsprofil können Träger
behandelt werden, die eine mehr oder weniger beliebige Oberflächenform aufweisen können.
[0013] Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die Grösse der
Tröpfchen durch Verändern des Durchmessers der Austrittdüse eingestellt werden kann,
wodurch die Grösse der Tröpfchen an die Korngrösse der Partikel angepasst werden kann,
wodurch aber auch ermöglicht wird, dass pro Tröpfchen mehrere Körner haften bleiben
können und einen sogenannten Korncluster bilden.
[0014] Neben der Einstellung der Geschwindigkeit, mittels welcher die Austrittsdüse des
Mikrodosiersystems und der Träger relativ zueinander bewegt werden, kann auch die
Frequenz des Ausstossens der Klebstofftröpfchen eingestellt werden, so dass der Abstand
der einzelnen Klebstofftröpfchen voneinander voreingestellt werden kann.
[0015] Die Bestreuung des mit Klebstofftröpfchen versehenen Trägers mit den Partikeln kann
mit einem Vibriertisch durchgeführt werden, die Bestreuung kann aber auch durch eine
elektrostatische Streuanlage durchgeführt werden, bei welcher die Partikel entgegen
der Schwerkraft aufgestreut werden. Hierbei werden diese in ihrer Längsachse ausgerichtet.
[0016] In vorteilhafter Weise wird ein Klebstoff verwendet, der ausgehärtet werden kann.
Dadurch wird erreicht, dass die Partikel in optimaler Weise und in kurzer Zeit fest
mit dem Träger verbunden sind.
[0017] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Partikel Hartstoffpartikel
verwendet werden und dadurch abrasive Werkzeuge hergestellt werden können, die sich
durch eine optimale Wirkungsweise und sehr hohe Standzeiten auszeichnen.
[0018] Mit Hartstoffpartikeln können auch Träger versehen werden, deren Oberflächen einem
grossen Verschleiss unterworfen sind. Dadurch wird ein optimaler Schutz erreicht.
[0019] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Partikel
Graphitkörner verwendet werden, wodurch auf dem Träger eine Schicht gebildet wird,
die als Schmierschicht mit optimalen Gleiteigenschaften wirkt.
[0020] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass auf den mit den
Klebstofftröpfchen und den daran haftenden Hartstoffpartikeln versehenen Träger eine
zusätzliche Klebstoffschicht aufgebracht wird. Dadurch wird eine optimale Verbindung
zwischen Träger und Partikeln erhalten.
[0021] In vorteilhafter Weise wird zur Verbindung der Hartstoffpartikel mit dem Träger eine
Lötung durchgeführt, falls es die Materialbeschaffenheit zulässt. Dies kann dadurch
erfolgen, dass der Träger vor dem Auftragen der Klebstofftröpfchen mit einer Lotpaste
beschichtet wird, die dann trocknen gelassen wird, die Lotpaste kann aber auch nach
dem Auftragen der Klebstofflröpfchen und dem Aufstreuen der Hartstoffpartikel und
dem Aushärten des Klebstoffs aufgebracht und getrocknet werden, was beispielsweise
durch Aufsprühen erreicht wird. Danach wird der so behandelte Träger in einen Hochvakuumofen
geschoben, wo die Lötung ausgeführt wird. Dadurch erhält man eine optimale Verbindung
zwischen Hartstoffpartikel und Träger, wobei auch hier ein grosser Kornüberstand gewährleistet
ist.
[0022] Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachfolgend anhand der
beiliegenden Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
[0023] Es zeigt
Fig. 1 in schematischer räumlicher Darstellung ein Mikrodosiersystem, mit welchem
auf einen als Rotationskörper ausgebildeten Träger die Klebstofftröpfchen aufgebracht
werden;
Fig. 2 die Anordnung gemäss Fig. 1, mit einer elektrostatischen Streueinrichtung für
die Hartstoffpartikel;
Fig. 3 in schematischer Darstellung das Mikrodosiersystem, mit welchem die Flankenfläche
einer Schleifscheibe mit Klebstofftröpfchen versehen wird;
Fig. 4 in schematischer Darstellung das Mikrodosiersystem, mit welchem die Stirnfläche
einer Schleifscheibe mit Klebstofftröpfchen versehen wird;
Fig. 5a bis 5c die Darstellung einer einschichtig galvanisch belegten Umfangsschleifscheibe;
und
Fig. 6a bis 6c die Darstellung einer gelöteten Umfangsschleifscheibe mit erfindungsgemäss
plazierten Schleifkörnern.
[0024] In Fig. 1 ist ein Träger 1 ersichtlich, der als Hülsenrohling ausgebildet ist und
aus welchem ein Schleifwerkzeug entsteht. Dieser Hülsenrohling 1 ist in bekannter,
nicht dargestellter Weise in einer Maschine eingespannt, welche ermöglicht, dass dieser
Hülsenrohling mit konstanter, einstellbarer Rotationsgeschwindigkeit rotiert. In dieser
Maschine ist auch ein Mikrodosiersystem 2 angebracht. Dieses Mikrodosiersystem 2 ermöglicht,
dass ein Klebstoff von einem Behälter 3 in einen Düsenkopf 4 befördert wird, welcher
den Klebstoff tröpfchenweise aus einer Austrittsdüse 5 ausgibt. Derartige Mikrodosiersysteme
sind bekannt und arbeiten üblicherweise mit einem piezoelektrischen Kopf, mit welchem
die Tröpfchen ausgestossen werden. Derartige Mikrodosiersysteme erlauben das Ausstossen
von Klebstofftropfen, die in Abhängigkeit des Durchmessers der Düse einen Durchmesser
im Bereich vom 30 Mikrometer bis 100 Mikrometer haben können. Die Ausstossfrequenz
von Tröpfchen aus diesem Mikrodosiersystem beträgt maximal 2000 Tröpfchen pro Sekunde.
Diese Frequenz ist einstellbar, üblicherweise wird mit einer Frequenz von etwa 500
bis 1000 Tröpfchen pro Sekunde gearbeitet.
[0025] Dieses Mikrodosiersystem 2 ist so auf der nicht dargestellten Maschine angeordnet,
dass sich die Austrittsdüse 5 in Richtung der Rotationsachse des Hülsenrohlings verfahren
lässt. Gleichzeitig ist diese Austrittsdüse auch in den beiden anderen senkrecht zueinander
stehenden Richtungen verfahrbar.
[0026] Zum Aufbringen der Klebstofftröpfchen 6 wird der Hülsenrohling 1 in Rotation versetzt,
das Mikrodosiersystem 2 wird so eingestellt, dass der Abstand der Austrittsdüse 5
vom Hülsenrohling 1 etwa 0,5 mm beträgt, das Mikrodosiersystem 2 wird entlang der
Rotationsachse des Hülsenrohlings 1 verfahren, während dem die Klebstofftropfen ausgegeben
werden. Dadurch werden diese Klebstofftropfen mit konstantem Abstand voneinander auf
die Oberfläche des Hülsenrohlings 1 aufgebracht. Mit entsprechenden Überwachungsmitteln
kann die Ausgabe von Klebstofftröpfchen gesteuert werden, so dass dies nur erfolgt,
wenn sich der Hülsenrohling 1 unter der Austrittsdüse 5 befindet.
[0027] Durch Änderung der Drehzahl, mit welcher der Hülsenrohling 1 rotiert, der Vorschubgeschwindigkeit
des Mikrodosiersystems 2 und der Frequenz der Tröpfchenausgabe lassen sich die Klebstoffpunkte
in unterschiedlichsten Strukturen auf den Träger 1 auftragen, der im vorliegenden
Fall als Hülsenrohling ausgebildet ist.
[0028] Sofort nach dem Auftrag der Klebstoffpunkte werden auf den sich noch drehenden Hülsenrohling
die Hartstoffpartikel, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Vibriertisches,
gestreut. Diese Hartstoffpartikel können zum Beispiel CBN oder Diamant sein. Der Korndurchmesser
dieser Hartstoffpartikel bewegt sich zwischen 40 Mikrometer und 1000 Mikrometer. Je
nach Grösse des Kornes und des Klebstoffpunktdurchmessers bleiben ein oder mehrere
Körner an einem Klebstoffpunkt haften. Die nicht auf einem Klebstoffpunkt 6 auftreffenden
Hartstoffpartikel prallen an der Oberfläche des Hülsenrohlings 1 ab und fallen runter.
[0029] Auf den Hülsenrohling 1 mit den angehefteten Hartstoffpartikeln wird eine Lotpaste
aufgetragen. Dies erfolgt hier in bekannter Weise mit einer Airbrush-Pistole. Der
so mit der Lotpaste versehene Hülsenrohling kann an der Luft oder mit einem Heissluftfön
getrocknet werden. Anschliessend gelangt dieser Hülsenrohling in einen Hochvakuumofen,
in welchem bei einer Temperatur von etwa 720° C bis 1000° C die Lötung erfolgt, wodurch
die Hartstoffpartikel mit dem Hülsenrohling fest verbunden werden.
[0030] Bei dem hier beschriebenen Beispiel wurde ein Klebstoff verwendet, der unter Einfluss
von UV-Licht härtet. Denkbar wäre auch die Verwendung eines Klebstoffes, der Infrarot-härtend
ist. Gegebenenfalls ist auch ein Klebstoff verwendbar, der selbstaushärtend ist. Zudem
muss der Klebstoff, falls eine Lötung erfolgt, auch vakuumtauglich sein.
[0031] Anstelle der Verwendung eines Vibrationstisches zum Aufstreuen der Hartstoffpartikel
kann auch, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine elektrostatische Streuanlage 7 verwendet
werden. Hierbei werden die Hartstoffpartikel auf einem Förderband 8 unter Einwirkung
eines elektrischen Feldes, das zwischen Förderband 8 und Hülsenrohling in bekannter
Weise erzeugt wird, entgegen der Schwerkraft aufgestreut, die Hartstoffpartikel, die
mit einem auf dem Hülsenrohling 1 aufgebrachten Klebstofftröpfchen 6 in Kontakt kommen,
bleiben haften, die anderen fallen zurück. Mit dieser Art der Bestreuung werden die
Hartstoffpartikel in ihrer Längsachse ausgerichtet und bleiben so haften, der Kornüberstand
wird dadurch verbessert. Selbstverständlich sind auch andere Verfahren zum Aufstreuen
der Partikel auf den Träger bzw. die Klebstofftröpfchen denkbar.
[0032] In Fig. 3 ist dargestellt, wie beispielsweise eine Flankenfläche einer Umfangsschleifscheibe
entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden kann. Die Achse, um
welche der eingespannte Träger 1 rotiert, ist im Vergleich zu den vorgängig beschriebenen
Beispielen um 90° gedreht. Die Austrittsdüse 5 des Mikrodosiersystems 2 wird um die
Breite der Flankenfläche gegen die Rotationsachse hin und von dieser wegbewegt. Dadurch
werden die Klebstofftröpfchen 6 praktisch auf einer Zickzacklinie auf dieser Flankenfläche
aufgebracht, diese wird dann wie vorgängig beschrieben mit Hartstoffpartikeln bestreut
und entsprechend weiterbehandelt.
[0033] In Fig. 4 wird die Umfangsfläche der Umfangsschleifscheibe behandelt. Hierbei ist
die Achse, um welche der Träger 1 rotiert, wieder gleich ausgerichtet wie in den Fig.
1 und 2 dargestellt ist. Das Mikrodosiersystem 2 führt eine hin- und hergehende Bewegung
aus, die parallel zur Rotationsachse ausgerichtet ist, wobei der Verfahrweg der Breite
der entstehenden Umfangsschleifscheibe entspricht. Auch hier werden die Klebstofftröpfchen
6 nachfolgend mit Hartstoffpartikeln bestreut, die Behandlung erfolgt, wie beim ersten
Ausführungsbeispiel.
[0034] Auch bei den beiden letztgenannten Beispielen lässt sich die Strukturierung der aufgetragenen
Klebstofftröpfchen 6 durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit, der Hin- und
Herbewegung des Mikrodosiersystems 2 und der Frequenz der Ausgabe der Klebstofftröpfchen
verändern.
[0035] Aus den Bildern 5a bis 5c ist eine einschichtig galvanisch belegte Umfangsschleifscheibe
ersichtlich. Insbesondere aus Fig. 5c ist ersichtlich, dass der Kornüberstand a relativ
gering ist, und dass der Abstand b der Körner voneinander ebenfalls gering und ungleichmässig
ist.
[0036] Im Gegensatz dazu ist, wie aus den Fig. 6a bis 6c ersichtlich ist, der Kornüberstand
a mit dem erfindungsgemässen Verfahren sehr gross, der Abstand b der Hartstoffkörner
8 voneinander ist grösser und im wesentlichen konstant.
[0037] Wie aus den vorgängig beschriebenen Beispielen entnehmbar ist, kann der Träger 1,
der entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt wird, die Form eines Rotationskörpers
haben. Die zu behandelnde Oberfläche kann aber eine beliebige Form aufweisen, sie
kann auch eben sein. Der Träger kann aus beliebigem Material bestehen, beispielsweise
aus Metall oder Keramik. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich auch Schleifbänder
herstellen, wobei der Träger ein beliebiger fester Werkstoff sein kann, wie zum Beispiel
Papier, Textilgewebe oder Folien aus Metall, Keramik oder Kunststoff.
[0038] Die auf den Träger aufgebrachten Hartstoffpartikel können ebenfalls aus einem praktisch
beliebigen Material bestehen, wie beispielsweise Diamant, CBN, jegliche Art von Keramiken,
Wolframkarbid, Titankarbid oder Hartmetall und deren Mischungen.
[0039] Die verwendeten Korngrössen der Hartstoffpartikel hängen von der Einsatzart des hergestellten
abrasiven Werkzeuges ab. Die Durchmesser dieser Körner liegen beispielsweise im Bereich
von 2 Mikrometer bis 2 Millimeter. Es ist auch denkbar, dass pro Klebstofftröpfchen
mehrere Hartstoffpartikel hängen bleiben, wodurch ein sogenannter Korncluster gebildet
werden. Dadurch wird eine besonders gute Haltung erreicht, da sich die einzelnen Körner
während des Arbeitseinsatzes gegenseitig abstützen können.
[0040] Auf die gleiche Art können auf einem Träger Hartstoffpartikel aufgebracht werden,
wodurch eine Schutzschicht gegen Verschleiss gebildet wird.
[0041] Der Lötvorgang, welchem der mit Partikeln versehene Träger ausgesetzt wird, kann,
wie beschrieben, in einem Hochvakuumofen durchgeführt werden. Selbstverständlich kann
dies auch durch Weichlöten, Hartlöten oder Löten unter Schutzgas erfolgen.
[0042] Werden Partikel in Form von Graphitkörnern verwendet, kann eine Schicht auf dem Träger
erreicht werden, die als Schmierschicht wirkt.
[0043] Die Eigenschaften des verwendeten Klebstoffs werden an die verwendeten Materialien
der Träger und der Partikel angepasst. Für einige Anwendungsfälle ist keine zusätzliche
Befestigung der Partikel am Träger erforderlich, bei bestimmten Materialien eignet
sich das Aufbringen einer zusätzlichen, aushärtbaren Klebschicht, bei einigen Materialien
und bei bestimmten Anwendungsfällen ist eine Lötbehandlung angebracht.
1. Verfahren zum Aufbringen von Partikeln (9) auf einen Träger (1), bei welchem auf den
Träger (1) ein Klebstoff aufgetragen wird, auf welchen die Partikel (9) aufgesetzt
werden und haften bleiben, wobei das Aufsetzen mit einer definierten Verteilung erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen des Klebstoffes in Form von Tröpfchen (6) erfolgt, die durch eine Austrittdüse
(5) von einem Mikrodosiersystem (2) im wesentlichen kontinuierlich auf den Träger
(1) abgegeben werden, und der Träger (1) und das Mikrodosiersystem (2) mit einstellbarer
Bahn und Geschwindigkeitsprofil relativ zueinander bewegt werden, und dass danach
die Partikel (9) auf den mit Klebstofftröpfchen (6) versehenen Träger (1) aufgestreut
werden und nur die Partikel am Träger haften bleiben, die in Kontakt mit einem Klebstofftröpfchen
kommen, wonach die nichthaftenden Partikel entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Tröpfchen (6) durch Verändern des Durchmessers der Austrittdüse (5)
eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Austossens der Klebstofftröpfchen (6) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestreuung des mit Klebstofftröpfchen (6) versehenen Trägers (1) mit den Partikeln
(9) mit einem Vibriertisch durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestreuung des mit Klebstofftröpfchen (6) versehenen Trägers (1) mit den Partikeln
(9) durch eine elektrostatische Streuanlage (7) durchgeführt wird, wodurch die Partikel
(9) entgegen der Schwerkraft aufgestreut werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Partikeln (9) versehene Träger (1) einem Vorgang unterzogen wird, bei welchem
der Klebstoff ausgehärtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel (9) Hartstoffpartikel verwendet und abrasive Werkzeuge hergestellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel (9) Harstoffpartikel verwendet werden und auf dem Träger (1) eine vor
Verschleiss schützende Schicht erhalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel (9) Graphitkörner verwendet werden und auf dem Träger (1) eine Schicht
gebildet wird, die als Schmierschicht wirkt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf den mit den Klebstofftröpfchen (6) und den daran haftenden Partikeln (9) versehene
Träger (1) eine zusätzliche Klebstoffschicht aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) vor dem Auftragen der Klebstofftröpfchen (6) mit einer Lotschicht
versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Klebstofftröpfchen (6) und den daran haftenden Hartstoffpartikeln (9)
versehene Träger (1) mit einer Lotpaste beschichtet und getrocknet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotpaste mit einer Airbrush-Pistole aufgesprüht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Lotmaterial und Hartstoffpartikeln (9) versehene Träger (1) einem Lötvorgang
unterzogen wird.