Stand der Technik Die wirtschaftliche Gestaltung eines Schleifprozesses ist mass- geblich von der erzielbaren Abtragsleistung abhängig. Hohe Ab- tragsleistungen erhöhen jedoch die Anforderungen an die Schleif- werkzeuge. So müssen diese Werkzeuge zum einen hohe Kornüber- stände und-abstände aufweisen, damit sowohl Späne als auch Kühlschmiermittel in der Kontaktzone zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück genügend Platz vorfinden. Zum anderen müssen diese Werkzeuge an hochbeanspruchten Stellen wie Kanten und exponier- ten Profilspitzen grössere Korndichten oder robustere, grössere Körner aufweisen.

Aus dem Stand der Technik sind deshalb verschiedene Verfahren bekannt, um abrasive Werkzeuge mit Hartstoffkörner zu versehen.

Ein galvanisches Verfahren, in welchem eine Schleifmittelschicht bestehend aus einer Nickelschicht und Hartstoffkörnern auf ein <BR> <BR> <BR> <BR> Schleifwerkzeug aufgebracht wird, ist beispielsweise aus CH-A- 644'295 bekannt. Galvanisch gebundene Abrasivwerkzeuge zeichnen sich durch ihre Beständigkeit und eine hohe erreichbare Werk- zeuggenauigkeit aus. Nachteilig ist jedoch, dass die Möglichkei- ten zur Beeinflussung der Korndichte und-verteilung sehr be- grenzt sind.

Aus US-Å-6'039'641 ist ein Herstellungsverfahren bekannt, wel- ches eine Maske verwendet, um Diamantkörner definiert auf einer Trägeroberfläche anzuordnen. Zur Fixierung werden die Diamant- körner in die Trägerschicht eingelötet.

EP-A-1'208'945 schlägt vor, Hartstoffkörner auf die Werkzeug- oberfläche aufzukleben. Hierzu werden auf der Oberfläche des Werkzeugs Klebstofftröpfchen in einem vorgegebenen Muster aufge- bracht und die Oberfläche mit den Hartstoffkörnern bestreut. Da- bei bleiben nur diejenigen Körner haften, welche in Kontakt mit einem Klebstofftröpfchen kommen. Die nicht haftenden Körner wer- den wieder entfernt. Dadurch lässt sich ein Werkzeug mit hochge- nauer Verteilung der Hartstoffkörner herstellen.

Diese zwei letztgenannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass im Vergleich zu den galvanisch hergestellten Werkzeugen ein thermischer Prozess erforderlich ist, der zum Bauteilverzug und einer Schädigung der Hartstoffkörner infolge thermischer Belas- tung und chemischen Grenzflächenreaktionen führen kann.

Darstellung der Erfindung Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftliches Ver- fahren zur Herstellung eines leistungsstarken abrasiven Werk- zeugs mit strukturiertem Schleifbelag zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein abrasives Werkzeug zu schaf- fen, welches leistungsstark ist, einen strukturierten Schleifbe- lag aufweist und auf wirtschaftliche Weise herstellbar ist.

Diese Aufgaben lösen ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 14.

Im erfindungsgemässen Verfahren wird der strukturierte Schleif- belag dadurch erzielt, dass eine elektrisch nicht leitende Mas- kenschicht auf die Oberfläche des Werkzeugs aufgebracht wird und die Leerstellen der Maske in einem oder mehreren galvanischen Prozessschritten mit Hartstoffkörnern, insbesondere mit Super- hartstoffkörnern, belegt werden. Anschliessend wird vorzugsweise eine Verstärkungsschicht aufgebracht.

Je nach Wahl der Grosse der Leerstellen lassen sich Einzelkorn- abscheidungen oder Cluster von Hartstoffkörnern in den Leerstel- len erzielen.

Vorzugsweise wird bei der galvanischen Abscheidung Pulse-Plating verwendet, so dass eine gleichmässige Abscheidung auch bei ge- krümmen Oberflächen erzielt werden kann.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden mit der Ver- stärkungsschicht Hartstoffkörner abgeschieden, welche. jedoch ei- nen um ein Vielfaches kleineren Durchmesser aufweisen als die in die Leerstellen gefüllten Hartstoffkörner. Dadurch wird diese Schicht nochmals verstärkt und die Hartstoffkörner gestützt.

In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens lassen sich Hartstoffkörner mit unterschiedlichen Durchmessern mit ei- ner minimalen Anzahl an Prozessschritten auf die Werkzeugober- fläche aufbringen. Hierzu wird die Maskenschicht mit Leerstellen verschiedener Grösse versehen und die galvanische Abscheidung in mehrere Teilschritte unterteilt, wobei in jedem Teilschritt Hartstoffkörner einer Art, beginnend mit der Art mit dem gröss- ten Korndurchmesser, abgeschieden werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Maskenschicht nur einmal aufgebracht und strukturiert werden muss und dass das Werkzeug zwischen den ein- zelnen galvanischen Teilprozessschritten nicht behandelt werden muss.

Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens und vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen her- vor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzug- ten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnun- gen dargestellt sind, erläutert. Es zeigen : Figuren la bis lf einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs in einem ersten bis fünf- ten Herstellungsschritt ; Figur 2a eine Ansicht von oben auf ein Werkzeug nach dem zwei- ten Herstellungsschritt ; Figur 2b einen vergrösserten Ausschnitt gemäss Figur 2a ; Figur 3a eine Ansicht von oben auf ein Werkzeug nach dem fünf- ten Herstellungsschritt ; Figur 3b einen vergrösserten Ausschnitt nach dem vierten Her- stellungsschritt ; Figur 4a einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs mit einer chemisch aufge- brachten weiteren Schicht ; Figur 4b einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs mit einer elektrolytisch aufgebrachten weiteren. Schicht ; Figur 5a einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs gemäss einer zweiten Vari- ante des Verfahrens ; Figur 5b die Oberfläche gemäss einer dritten Variante des Ver- fahrens ; Figur 5c die Oberfläche mit einer Hartstoffschicht als Masken- schicht ; Figur 6 die Oberfläche mit einer Panzerung der weiteren Schicht und Figuren 7a bis 7d eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werk- zeugs in einem ersten bis vierten Herstellungsschritt gemäss einer weiteren Variante der Erfindung.

Wege zur Ausführung der Erfindung Eine bevorzugte Variante des Verfahrens ist in den Figuren la bis lf dargestellt. In einem ersten Schritt gemäss Figur la wird auf einen Grundkörper 1 eines herzustellenden abrasiven Werk- zeugs eine Maskenschicht 2 aufgebracht. Vorzugsweise ist diese Maskenschicht 2 eine Lack-oder Farbschicht. Werden in einem späteren Verfahrensschritt, wie dies hier der Fall ist, Metall- Ionen, mit oder ohne zu Hilfenahme einer geeigneten äusseren Stromquelle oder eines chemischen Elektronen-Donators, aus wäss- riger Lösung abgeschieden, nachfolgend als galvanischer Prozess bezeichnet, muss die Schicht 2 elektrisch nicht leitend ausge- bildet sein.

Vorzugsweise wird sie homogen aufgetragen und anschliessend strukturiert. Dies erfolgt im zweiten Schritt gemäss Figur Ib.

Der Abtrag erfolgt vorzugsweise mittels eines hierfür geeigneten Lasers, beispielsweise mit einem Nd : Yag-Laser, einem Excimer- Laser oder einem Argonlaser. Es sind auf dem Markt Markierungs- lasermaschinen bekannt, welche Materialien in beliebigen Mustern und in kleinster Form abtragen können. Die Figuren 2a und 2b zeigen eine mit der Maskenschicht 2 versehene Oberfläche des Werkzeugs.

Wie in Figur ic dargestellt ist, bildet die Schicht 2 nun eine Maske mit Leerstellen 20. In einem dritten Schritt gemäss Figur Id wird das Werkzeug mit seiner Maskenschicht 2 einem galvani- schen Beschichtungsprozess bekannter Art unterworfen. Das heisst, die freiliegenden Abschnitte der Oberflächen des Werk- stücks werden aktiviert und Nickel oder ein anderes geeignetes Material wird zusammen mit Hartstoffkörnern 4, insbesondere Su- perhartstoffkörnern wie Diamanten oder CBN, abgeschieden. Nickel haftet an den freien Oberflächen an und bildet eine Träger- schicht 3. In jeder Leerstelle 20 befindet sich nur ein Hart- stoffkorn 4. Es ist aber auch möglich, Korncluster abzuscheiden.

Da Nickel und die Hartstoffkörner 4 an der Maskenschicht 2 nicht anhaften, bleiben diese Bereiche frei. Der galvanische Beschich- tungsprozess, das heisst das Annickeln, findet vorzugsweise in einem Sulfat-Bad oder einem Sulfamat-Bad statt.

In einem vierten Schritt gemäss Figur le wird die Maskenschicht 2 entfernt. Welche der bekannten Methoden zur Entfernung verwen- det wird, hängt vom verwendeten Material ab.

In einem fünften Schritt gemäss Figur lf wird die Strukturhöhe vergrössert und somit die Verankerung der Hartstoffkörner 4 noch verstärkt, indem auf die nun freigelegte gesamte Oberfläche des Werkzeugs eine weitere Schicht, im folgenden Verstärkungsschicht 5 genannt, aufgebracht wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei wiederum um eine Nickelschicht. Das Ergebnis mit einer Einzel- kornbelegung ist anhand eines Beispiels in den Figuren 3a und 3b dargestellt.

Diese Verstärkungsschicht 5 kann chemisch oder elektrochemisch aufgebracht werden. Die chemische Methode hat den Vorteil, dass ungeachtet der Profilgeometrie gleichmässigere Schichtstärken erzielt werden. Wird die elektrochemische Methode verwendet, so wird vorzugsweise wiederum ein Sulfamat-Bad oder ein Sulfat- glanz-Bad verwendet. In der chemischen Methode wird vorzugsweise ein Chemisch-Nickel-Bad eingesetzt. Figur 4a zeigt das Ergebnis eines chemischen Prozesses, Figur 4b eines elektrochemischen.

Die Trägerschicht 3 und die Verstärkungsschicht 5 weisen zusam- men je nach Anwendung und verwendeter Kornsorte üblicherweise eine Dicke von 40% bis 60% der nominalen Korngrösse der Hart- stoffkörner 4 auf. Die Dicke der Maskenschicht 2 hängt von der nominalen Korngrösse der aufzubringenden Hartstoffkörner ab. Ty- pischerweise beträgt die Dicke der Maskenschicht 2 10% bis 100% der nominalen Korngrösse. Gute Resultate wurden im Bereich von 20%-60% erzielt. Die Durchmesser der Leerstellen 20 hängen ebenfalls von der nominalen Grösse der Hartstoffkörner 4 ab.

Soll eine Einzelkornabscheidung erzielt werden, so sollen die Leerstellen 20 eine Grösse aufweisen, welche nur leicht grösser ist als der nominale Durchmesser der Körner. Im Falle von Korn- clustern sind sie entsprechend grösser. Typische Durchmesser der Leerstellen 20 liegen bei 1 um bis 1 mm.

Vorzugsweise wird in diesem Verfahren Nickel sowohl für die Trä- gerschicht 3 als auch für die Verstärkungsschicht 5 verwendet.

Es lassen sich jedoch auch andere geeignete Materialien einset- zen.

Als Maskenschicht 2 lässt sich anstelle von Lack auch ein ande- res elektrisch nicht-leitendes Material, beispielsweise eine Hartstoffschicht, ein Trocken-oder Nass-Photolack, einsetzen.

Die Maskenschicht 2 lässt sich wie oben beschrieben nach der Ap- plikation auf den Grundkörper 1 strukturieren. Sie lässt sich jedoch auch während dem Aufbringen strukturieren, beispielsweise in dem sie durch eine Maske aufgesprüht wird. Des weiteren lässt sie sich auch vorher strukturieren und beispielsweise in Form einer Folie oder eines Lochblechs aufbringen. Wird die Schicht nach der Applikation strukturiert, so kann dies anstatt mit ei- nem Laser. auch thermisch, mechanisch oder chemisch erfolgen.

Es ist auch möglich, eine aus mehreren Teilschichten bestehende Hartstoffschicht zu verwenden. Insbesondere ist es möglich, eine elektrisch nicht leitende, isolierenden Teilschicht und eine elektrisch leitende Teilschicht aufzubringen, wobei letztere ein Überwachsen der Verstärkungsschicht erleichtert. Wird eine Hart- stoffschicht verwendet, ist es je nach Anwendungsbereich nicht notwendig, die gesamte freiliegende Oberfläche des Werkzeugs mit der Verstärkungsschicht zu versehen. Es genügt, wenn sie im Be- reich der Hartstoffkörner aufgebracht wird, wobei sie in diesen Bereichen die Hartstoffschicht durchaus überwachsen kann, wie dies in Figur 5c dargestellt ist.

Die strukturierte Trägerschicht und die Verstärkungsschicht be- stehen sichtbar aus zwei verschiedenen Schichten, was sich auch beim fertiggestellten Werkzeug, genauer an einem Querschnitt da- von, feststellen lässt.

In einer anderen Variante des Verfahrens wird auf den fünften Schritt gemäss Figur If verzichtet, wobei in diesem Fall im dritten Schritt gemeinsam mit den Hartstoffkörnern 4 bereits ei- ne Trägerschicht 3 in der gewünschten endgültigen Dicke aufge- bracht wird.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die strukturierte Maskenschicht 2 nicht oder nur teilweise entfernt, sondern die Verstärkungsschicht wird über die Maskenschicht 2 aufgebracht, wie in Figur 5b dargestellt ist. Diese Variante eignet sich ins- besondere bei relativ dünnen Hartstoffschichten.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die Verstärkungs- schicht 5 nur über die Trägerschicht 3 aufgebracht. Dies ist in Figur 5a gezeigt. Nach entfernen der Maskenschicht 2 weist diese Variante einen höheren Freiraum auf der Werkzeugoberfläche auf als die Variante lf.

Die Aufbringung der Hartstoffkörner erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Strommodulation unter zu Hilfenahme von wechselweiser anodischer beziehungsweise kathodischer Stromschaltung sowie von Strompausen/Unterbrechungen, nachfolgend Pulse-Plating ge- nannt. Pulse-Plating unterscheidet sich von den üblichen galva- nischen Verfahren dadurch, dass die elektrische Spannung nicht konstant sondern gepulst angelegt wird. Spannungsüberhöhungen an Kanten und ungünstige Werkzeug-Elektrodenabstände können ein un- gleichmässiges Schichtwachstum der Nickelschicht verursachen. Es hat sich gezeigt, dass sich durch ein Pulsen des Stroms deutlich homogener Träger-und Verstärkungsschichten ausbilden lassen.

Das Pulse-Plating lässt sich für die Aufbringung der Träger- und/oder der Verstärkerschicht 3,5 einsetzen.

In einer weiteren Variante des Verfahrens, dargestellt in Figur 6, werden bei der Aufbringung der Verstärkungsschicht 5 weitere Hartstoffkörner 40 aufgebracht, welche jedoch einen um ein Viel- faches kleineren Durchmesser aufweisen als die Hartstoffkörner 4 der Trägerschicht 3. Dadurch wird die Verstärkungsschicht 5 nochmals verstärkt und ist somit mechanisch beständiger. Diese Variante erfolgt vorzugsweise elektrochemisch.

In einer weiteren Variante des Verfahrens, welche in den Figuren 7a bis 7d dargestellt ist, werden Hartstoffkörner 4, 4'in ver- schiedenen Grössen aufgebracht. Hierzu wird die zu bearbeitende Oberfläche des Werkzeugs wie oben beschrieben mit einer struktu- rierten Maskenschicht 2 versehen. Diese Maskenschicht 2 weist nun Leerstellen 20,21 unterschiedlicher Grösse auf. In einem nächsten, in Figur 7c dargestellten Schritt, werden zuerst Hart- stoffkörner 4 einer ersten Art, welche den grössten beziehungs- weise grösseren Durchmesser aufweisen, abgeschieden. Diese Hart- stoffkörner 4 der ersten Art können sich nur in die grösseren Leerstellen 20 anlagern. Die Durchmesser der kleineren Leerstel- len 21 sind hierzu zu klein. In einem nächsten Schritt werden Hartstoffkörner 4'einer zweiten Art, welche nun einen kleineren Durchmesser aufweisen, in die zweiten Leerstellen 21 abgeschie- den. Durch eine entsprechende Wahl der Abscheideparameter ist es dabei möglich, die verschiedenen Hartstoffkörner auf unter- schiedlichen Höhen oder auf einer gemeinsamen Höhe einzulagern.

Die nachfolgenden Schritte entsprechen den oben beschriebenen Verfahrensschritten Id bis lf. obwohl in den Figuren nur zwei verschiedene Grössen von Leerstellen 20, 21 dargestellt sind, lässt sich das Verfahren auch mit mehr Arten von Hartstoffkör- nern 4, 4'und Leerstellen 20, 21 durchführen, solange mit dem grössten Durchmesser angefangen und mit dem kleinsten Durchmes- ser der vorhandenen Gruppe der aufzubringenden Hartstoffkörnern geendet wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass nur eine einzige Lackschicht 2 notwendig ist und auch die Maskierung be- ziehungsweise die Leerstellen in einem einzigen Verfahrens- schritt aufgebracht werden können. Vorteilhaft ist ferner, dass die galvanische Abscheidung in nacheinanderfolgenden Schritten durchgeführt werden kann, so dass die Transportwege der Werkzeu- ge während der Herstellung minimiert werden können.

Obwohl hier in den Zeichnungen plane Oberflächen dargestellt sind, lassen sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren auch ge- wölbte oder anders geformte Oberflächen, insbesondere solche mit komplizierten Geometrien, beschichten. Hierzu muss im zweiten Verfahrensschritt der Fokus des Lasers auf die jeweilige Ober- fläche eingestellt werden. Dies lässt sich durch Veränderung der Lage des Lasers oder noch einfacher durch entsprechende Bewegung des herzustellenden Werkstücks erzielen. Ferner ist es vorteil- haft, wenn Pulse-Plating verwendet wird.

Die Verstärkungsschicht 5 und/oder die Trägerschicht 3 können auch mit unterschiedlichen Additiven oder Legierungskomponenten versehen sein, um beispielsweise den Korrosionsschutz und die Härte zu erhöhen.

Falls mehr als ein Hartstoffkorn 4 pro Leerstelle 20 eingebracht werden soll, also Cluster gebildet werden sollen, so können ge- meinsam mit den Hartstoffkörnern 4 Platzhalter mitabgeschieden werden. Derartige Platzhalter sind beispielsweise Glaskugeln, <BR> <BR> <BR> Glaspulver oder Graphitteile. Dadurch lassen sich die Korndichte in den Clustern steuern und/oder die tribologischen Eigen- schaften lassen sich ändern. Falls erwünscht, können die Platz- halter hinterher mittels eines geeigneten Mediums wieder aufge- löst werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung eines leistungsstarken abrasiven Werkzeugs.

Bezugszeichenliste 1 Grundkörper 2 Maskenschicht 20 Leerstellen 21 Leerstellen 3 Trägerschicht 4 Hartstoffkörner 4'Hartstoffkörner 40 Hartstoffkörner 5 Verstärkungsschicht