[0001] Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise keramisch oder kunststoffgebundene, mit einer Armierung versehene Schleifscheibe, deren Anwendung sich besonders für das Präzisionsschleifen, so z. B. für das Außenrundschleifen von Wellen aus Stahl und Gußwerk∑eugen, anbietet.

[0002] Schleifscheiben, bestehend aus einer Schleifmasse aus Schleifkorn, einem organischen Bindemittel und schleifaktiven Füllstoffen sind seit langem bekannt. Sie werden in den verschiedensten Zusammensetzungen und Abmessungen, in der Regel in keramischer Kunstharz- und Gummibiπdung, gefertigt, um der Vielzahl der Verwendungszwecke, wie Präzisionsschleifen, Grobschleifen, Werkzeugschleifen, Formschleifen und Feinschleifen zu entsprechen.

[0003] Vielfach steht hierbei das Problem, die Scheibendurchmesser D und damit die ausnutzbare Scheibenfläche möglichst groß zu gestalten. Eine solche Scheibe bietet die Möglichkeit, große Querschnitte zu trennen oder - bei anderen Anwendungen - durch lange Standzeiten die Scheibenwechselkosten zu verringern. Zudem sollen namentlich Trennschleifscheiben eine möglichst geringe Scheibendicke T aufweisen, um einerseits die erforderliche Antriebsleistung der Maschine minimieren und ander¬ erseits den Schnittverlust gering halten zu können.

[0004] Demgegenüber wird die Steifigkeit einer Scheibe um so geringer, je größer der Durchmesser und je geringer die Dicke der Scheibe ist. Die Schleifscheibe zeigt eine um so größere Neigung zum Flattern/Schwingen, je größer das Verhältnis D zu T wird; die Folgen sind größere Rauhtiefen der geschliffenen bzw. geschnittenen Flächen und - besonders beim Trennschleifen - nicht winkelgerechte Schnitte.

[0005] Selbstredend ist die Erhöhung der Steifigkeit über eine Steigerung des E-Moduls möglich. Die Korn-Harzkombination des Schleifkörpers ist unter schleif¬ technischen Aspekten, namentlich im Hinblick auf Kornart, Korngröße und Harzan¬ teil, in engen Grenzen vorgegeben und kann infolge dessen zur gewünschten nach¬ haltigen Erhöhung des E-Moduls nicht wesentlich beitragen. Um die Steifigkeit der Schleifscheiben, gepaart mit einer höheren Stabilität, zu verbessern, ist es deshalb seit geraumer Zeit üblich, in den Schleifkörper hochfeste Armierungen einzubringen. Solche Armierungen können nach dem Stand der Technik aus Glasfasern, Carbon¬ fasern, hitzebeständigen organischen Fasern, Einkristallwhiskern, polykristallinen Metallwhiskern, Metallfäden, Metallgewebe, Keramikfasern wie Bor-Bornitridfasern oder Vliesstoffen bestehen (vgl. AT 302 842 B, AT 351 964 B, DE 28 29 609 C2, AT 397 781 B, DE 299 22 065 U1).

[0006] So wird bereits 1974 in AT 351 964 B eine Schleifscheibe, bestehend aus Schleifkorn, einem auf Kunstharzbasis aufgebauten, vorzugsweise duroplastischem Bindemittel und vorzugsweise Füllstoff, mit einer in den Schleifkörper eingebetteten hochfesten Faserarmierung vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß die Armierung mit einem Überzug versehen ist, der auf der Faser gut haftet und mit der Scheibenbindung eine mechanisch ausreichende Verbindung eingeht. Es ist ange- regt, hierbei hochfeste Kohlenstofffäden, deren Oberflächen anoxidiert sind, oder gezogenen Metalldrähten, vorzugsweise aus hochlegiertem C-Stahl, die mit einem Primer versehen sind, zu verwenden. Vordergründiges Ziel dieser Erfindung ist es, mit dieser Schleifscheibenstruktur eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen.

[0007] In US 3,121 ,981 wird zudem eine Schleifscheibe, die aus mehreren Schichten einer faserverstärkten Schleifmasse hergestellt ist (vgl. hierzu auch AT 386 761 B), vorgestellt.

[0008] Nahezu alle Schriften, die den Stand der Technik kennzeichnen, sind auf die Erhöhung der Produktivität des Schleifprozesses ausgerichtet. Besonders geht es um die Erhöhung der Standzeit der Schleifscheiben bei gleichbleibender Sicherheit, (die durch den sogenannten Sprengwert bemessen wird) die verbesserte Rundaus¬ bildung der Schleifscheiben, um die Gefahr sich lösender Materialstücke vom Rand der Schleifscheibe zu mindern und um die Erhöhung der Abschleifleistung durch schnelleren Spanabtrag infolge verbesserter Kühlung der Schleifkörper.

[0009] Hinsichtlich der Kühlung ist in DE 93 00 521 U1 angeregt, den Grundkörper für Schleifscheiben für rotierende oder schwingende Schleifwerkzeuge aus regelmä- ßig im Raum angeordneten, miteinander verbundenen Stegen aufzubauen, so daß eine große Vielzahl von miteinander verbundenen offenen Poren gebildet ist, die für die Kühlung benutzt werden. Damit sollen vordergründig die Vorzüge der keramisch gebundenen Korundwerkzeuge bezüglich der guten Kühlung genutzt werden. Aller- dings hat sich gezeigt, daß ein solcher Aufbau fertigungstechnisch vergleichsweise aufwendig ist, so daß sich der angestrebte Vorteil im Kontext mit den sonstig zu er¬ füllenden Anforderungen verliert.

[0010] Neben der Verwendung oben genannter Armierungen gibt es in jüngerer Zeit die Anregung, für Schleifscheiben mit einem metallischen Trägerkörper und einem Schleifring, das Problem der Schwingungsdämpfung durch einen separaten, aus imprägnierten hochfesten Fasern gebildeten Zwischenring, der mit dem Trägerkörper und/oder dem Schleifring verklebt ist, zu lösen.

[0011] Hier und bei allen aufgezeigten Armierungen handelt es sich praktisch um flächige Strukturen. Dies ist bereits dadurch vorbestimmt, daß die eingesetzten hochfesten Fasern, besonders die bevorzugten hochfesten Kohlenstofffasern, infolge ihrer stark anisotropen Eigenschaften in Bezug auf den Beanspruchungswinkel zur Faserachse keine andere wirtschaftlich vertretbare Strukturierung zulassen. Hinzu kommt, daß sich die vorteilhaften Eigenschaftswerte gerade der Kohlenstofffasern nur bei einer unidirektionalen Faseranordnung in Richtung der Beanspruchung voll aus-nutzen lassen.

[0012] Die im Hinblick auf die angestrebte Schwingungsdämpfung wirkungsvollere dreidimensionale Strukturierung der Armierung einer Schleifscheibe ist also mit den bislang bekannten Lösungen nur bedingt möglich.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll eine Schleifscheibe angegeben werden, die konstrukti- onsbedingt die Vibrationen und Schwingungen der Scheibe im Betrieb von vornher¬ ein ausschaltet bzw. nachhaltig dämpft und somit kostengünstig höhere Standzeiten der Schleifscheibe und größere Präzisionen des Arbeitsverfahrens ermöglicht. [0014] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Ansprüchen 2 bis 21 entnommen werden.

[0015] Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Schleifscheibe in grundsätzlich seit langem bekannter Ausführung, bestehend aus den drei wesentli¬ chen Komponenten Schleifmittel, der Bindung, die das Schleifkorn im Schleifkörper festhält, und den eingeschlossenen Hohlräumen, und zusätzlich einer hochfesten Armierung so ausgeführt ist, daß die Armierung aus offenporigen Metallschaum aus- gebildet ist. Die Form ist dabei scheibenartig-zylindrisch oder topfartig.

[0016] Es hat sich nämlich in überraschender weise gezeigt, daß diese dreidimen¬ sionale Ausbildung der Armierung gegenüber dem Stand der Technik eine weitaus bessere Dämpfung der Schwingungen, begründet durch die erhöhte Steifigkeit der Schleifscheibe, ermöglicht; verbunden damit ist die vorteilhafte Erhöhung des Sprengwertes der Scheibe, gleichfalls infolge der dreidimensionalen Vernetzung des Metallschaums. Mit der erfindungsgemäßen Schleifscheibe kann, verglichen mit einer Schleifscheibe nach dem Stand der Technik, eine um 20 bis 30% höhere Um¬ fangsgeschwindigkeit gefahren werden; ebenso ist ein höherer Vorschub als bei herkömmlichen Scheiben möglich. Zudem zeigen erste praktische Erprobungen zweifelsfrei, daß mit einer Schleifscheibe nach der Erfindung die Präzision des Schleifprozesses nachhaltig verbessert werden kann.

[0017] Der offenporige Metallschaum kann aus jedem geeigneten Material oder jeder geeigneten Metalllegierung gebildet sein, die die Herstellung offenporiger Metall- strukturierung zuläßt. Bevorzugt sind Metalle und Metalllegierungen aus Aluminium; besonders geeignet sind aber auch Stahl oder Stahl-Legierungen sowie hoch- abrasive Sonderlegierungen wie z. B. Cobalt-Wolfram-Legierungen.

[0018] Die erfindungsgemäße Armierung besitzt vorteilhafterweise nur eine geringe Masse, eine hohe Härte und eine hohe Zähigkeit; trotzdem läßt sie sich - wie in DE 10 2004 012 990.8 angegeben - vergleichsweise einfach herstellen. , - 5 -

[0019] Die Porengröße sowie der Anteil der Poren in dem iVletallschaum beträgt 1 bis 6 mm bzw. 10 bis 30 ppi; bevorzugt sind 20 ppi mit circa 2 rnm Porengröße. Der Porenanteil beträgt circa 80 bis 90 %.

[0020] Die Poren des Metallschaums können vollständig oder teilweise mit dem Schleifkorn bzw. dem keramischen Bindemitteln ausgefüllt sein; in jedem Fall haben diese Materialien einen Durchmesser, der circa 50% unter der Porengröße des Metallschaums liegt, um ein Einrütteln in diesen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der IVletallschaum vollumfänglich - wie eine konventionelle Armierung - von der Schleifmasse umschlossen ist; alternativ kann der Metall¬ schaum auch nur oberflächig, ggf. dann auch nur auf einer ausgewählten Seite, von Schleifmasse bedeckt sein.

[0021] Erfindungsgemäß bestimmt die Geometrie der Armierung, hier also der drei- dimensionalen Schaumstruktur, im wesentlichen die Geometrie der Schleifscheibe, die wie angegeben eine scheibenartig-zylindrische Form aufweist. Aufgrund der vor¬ teilhaften Eigenschaften der neuartigen Armierung, die den Grundkörper der Schleif¬ scheibe darstellt, bestimmen folglich deren werkstoffseitige Vorzüge direkt und in bislang unbekanntem Ausmaß die Kennwerte der Schleifscheibe. Hierbei kann die Armierung - im Querschnitt gesehen - als Vollkreis, als segmentierter Vollkreis, dessen beabstandete Segmente vorteilhafterweise je einen Schlitz für das Fließen eines Kühlmediums bereitstellen, oder ringförmig ausgeführt sein. Bei letzterem ist erfindungsgemäß angeregt, daß die kreisringförmige Armierung, die auch bei dieser Ausführung partiell oder gänzlich Träger der Schleifmasse sein kann, auf einem vollmetallischen Trägerring aufgebracht ist.

[0022] Die Füllung der Metallstruktur kann dem Wesen der Erfindung folgend auch aus Kunststoff, Keramik, Metallpulver oder Kombinationen daraus bestehen. Für das Bindungsverhalten kann es vorteilhaft sein, die Metallschaumoberfläche galvanisch zu beschichten.

[0023] Des weiteren ist vorgesehen, nur die Außenlagen der dreidimensional struktu¬ rierten Armierung mit Kunstharz zu verpressen und damit einen Hohlraum in der Gitterstruktur zu schaffen, in dem ein Kühlmedium fließen kann. Dieser Hohlraum kann aber auch zum Absaugen des Schleifabriebes genutzt werden.

[0024] Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schleifscheibe sind - neben den bereits oben angeführten hauptsächlichen Vorzügen, wie nachhaltige Schwingungsdämp¬ fung und verbesserte Berstsicherheit -:

- höhere Produktivität und größere Standzeiten bei deutlich verbesserter Schleifqualität infolge der Entkoppelung der Schwingungen zwischen Werk- stück und Scheibe sowie Scheibe und Antriebsspindel; - Schonung der bewegten Maschinenteile und leichtere Handhabung aufgrund der geringen Masse der Schleifscheibe; - Senkung der Spindeltemperatur der eingesetzten Schleifmaschinen, ebenfalls aufgrund der geringen Masse der Schleifscheibe und der wärmeableitenden Kornanbindung über den Metallschaum.

[0025] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Hierzu zeigen

Fig. 1 in Draufsicht die erfindungsgemäße Armierung, ausgeführt als Kreisring Fig. 2 als Querschnitt eine Schleifscheibe, deren Armierung aus offenporigem Metallschaum mit gebundenem Schleifmittel verpreßt ist.

[0026] Beispielhaft besteht die offenporige Schaumstruktur 1 aus einer AISi7- Legierung mit einer Porendichte von 20 ppi. Die Poren selbst sind durchschnittlich 2 mm groß; ihre Stegdicke beträgt 1,0 bis 1,2 mm. Die Schleifmasse 2, umfassend Schleifkorn und Füllstoffe, die in eine Phenol-Harz-Bindung eingebettet sind, wird als ungeordnete Struktur beidseitig in dem Metallschaum eingepreßt.

[0027] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist es vorteilhaft, die Schleifmasse 2 nur partiell einzubringen, um den so entstehenden unausgefüllten Raum, also den puren Metall¬ schaum 1, für Kühlzwecke durch zielgerichtete Zufuhr von einem Kühlmedium 3 und/oder Abführung des Schleifabriebes zu nutzen. [0028] Überdies ist die Abführung der Wärme, die durch die zugeführte mechanische Energie beim Schleifpro∑eß entsteht, durch die gute wärmeableitende Kornanbin- dung über den Metallschaum von vornherein im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhaft gelöst; thermische Spannungen und Gefügeänderungen im Werkstück werden damit wesentlich verringert.