DE69511068T2

DE69511068T2 - Schleifartikel, verfahren zum herstellen derselben, und verfahren zum anwenden desselben bei endbearbeitung

Info

Publication number: DE69511068T2
Application number: DE69511068T
Authority: DE
Inventors: Scott Culler; Timothy Hoopman
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2015-01-28
Also published as: AU686335B2; AU1735595A; KR970701118A; DE69511068D1; JP3874790B2; BR9506932A; CA2182580A1; US5681217A; JPH09509106A; WO1995022436A1; EP0745020A1; EP0745020B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen blattartigen Schleifartikel mit einer Hauptoberfläche, über die mehrere präzise geformte Schleifverbundwerkstoffe verteilt sind, die auf der Hauptoberfläche in einem vorgeschriebenen Muster angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung desselben und zum Anwenden eines solchen Schleifartikels zum Abtragen einer Oberfläche.
Im allgemeinen verwenden Schleifgegenstände mehrere Schleifteilchen, die zu einer Struktureinheit verbunden sind (z. B einer Schleifscheibe) oder getrennt auf eine gängige Unterlage geklebt sind (z. B. ein beschichteter Schleifartikel). Obwohl diese Typen von Schleifgegenständen seit vielen Jahren zum Abschleifen und zur Oberflächenveredlung von Werkstücken verwendet werden, gibt es in diesem Bereich noch Probleme.
Ein Problem, mit dem die Schleifmittelindustrie immer wieder konfrontiert wird, rührt z. B. von der im allgemeinen gegenläufigen Beziehung her, die zwischen der Schnittgeschwindigkeit (d. h. der Menge an Werkstück, die in einem bestimmten Zeitraum entfernt wird) und der Oberflächenbeschaffenheit, die der Oberfläche des Werkstückes durch den Schleif artikel verliehen wird, besteht. Das heißt, es ist schwierig, einen Schleifartikel zu entwickeln, der eine relativ hohe Schnittgeschwindigkeit bereitstellt, und dem Werkstück, welches abgeschliffen wird, gleichzeitig eine relativ feine Oberflächenbeschaffenheit verleiht. Dies erklärt, daß es auf dem Markt ein breites Sortiment an Schleifprodukten gibt, bei denen grobes Korn (d. h. eine relativ große Teilchengröße der Schleifteilchen) bis feines Korn (d. h. eine relativ kleine Teilchengröße der Schleifteilchen) verwendet wird. Werden diese unterschiedlich gekörnten Schleifprodukte getrennt und aufeinanderfolgend verwendet, kann ein gewisser Erfolg, hinsichtlich dessen, daß letztlich sowohl eine hohe Schnittgeschwindigkeit als auch eine feine Oberflächenbeschaffenheit erzielt wird, bereitgestellt werden, wobei die Ausführung aber umständlich und zeitaufwendig sein kann. Natürlich wäre ein einziger Schleif artikel, der gleichzeitig sowohl eine hohe Schnittgeschwindigkeit als auch eine feine Oberflächenbeschaffenheit bereitstellen würde, bequemer und in der Industrie in höchstem Maße erwünscht.
Zusätzlich zu diesen Zielen ist in der Schleifmittelindustrie auch gewünscht worden, daß ein Schleif artikel bereitgestellt wird, der dem Werkstück eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit verleiht, wobei die Erzeugung von Kratzern verringert oder verhindert wird. Das Erzeugen von Kratzern betrifft das Vorkommen von ausgesprochen unerwünschten Rillen in der Werkstückoberfläche, was zu einer Erhöhung der Oberflächenrauhigkeitseinheiten (Ra) führt. In vielen Fällen ist die Erzeugung von Kratzern unerwünscht. Ra ist das arithmetische Mittel der Kratzertiefe. Typischerweise erstrecken sich die Rillen, wenn sie vorkommen, in der Oberfläche des Werkstückes in einer Richtung, die der relativen Bewegung des Schleifartikels gegenüber der Werkstückoberfläche folgt.
Genaueres ist in US-Patent Nr. 2,115,897 (Wooddell et al.) zu finden, das einen Schleifartikel lehrt, der eine Unterlage und mehrere Blöcke aus gebundenem Schleifmaterial, die durch einen Klebstoff darauf befestigt sind, aufweist. Diese Blöcke aus gebundenem Schleifmittel können in einem bestimmten Muster mit dem Klebstoff auf der Unterlage festgemacht werden.
US-Patent Nr. 2,242,877 (Albertson) lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer gepreßten Schleifscheibe. Das Verfahren bedingt das Einbetten von Schleifteilchen in eine Bindemittelschicht, die auf eine faserartige Unterlage aufgetragen wird. Dann wird unter Verwendung eines Preßformelementes unter Wärme und Druck in der Dicke der Schicht aus Bindemittel und Teilchen ein Preßmuster oder -profil erzeugt, wodurch eine gepreßte Schleifscheibe hergestellt wird. Die gepreßte Oberfläche der Schleifscheibe weist ein vorgegebenes Arbeitsflächenmuster auf, welches das Gegenstück zum Profil des Preßformelementes ist.
US-Patent Nr. 2,755,607 (Haywood) lehrt ein beschichtetes Schleifmittel, in welchem es Böden- und Rillenbereiche aus Schleifmittel gibt, die z. B. ein geradliniges oder schlangenartiges Gesamtmuster ergeben können. Auf die Oberseite einer Unterlage wird eine Klebstoffschicht aufgetragen und diese Klebstoffschicht wird dann gekämmt, wodurch Erhebungen und Vertiefungen erzeugt werden, die die Oberfläche der Klebstoffschicht mit einem Muster versehen. Haywood offenbart, daß alle diese durch eine solche Kämmtechnik in der Klebstoffschicht erzeugten Böden und Rillen bevorzugt dieselbe Weite und Dicke aufweisen, daß sie aber unterschiedlich sein können. Als nächstes werden die Schleifkörner gleichmäßig in den Stegen und Rillen der zuvor mit einem Muster versehenen Klebstoff schicht verteilt und die Klebstoffschicht wird anschließend verfestigt. Die bei Haywood verwendeten Schleifteilchen sind einzelne Körner, die nicht in Form einer Aufschlämmung mit anderen Körnern in einem Bindemittel verwendet werden. Deshalb haben die Schleifkörner unregelmäßige nicht-präzise Formen.
US-Patent Nr. 3,048,482 (Hurst) offenbart einen Schleifartikel, der eine Unterlage, ein Bindemittelsystem und Schleifgranulatkörnchen, die durch das Bindemittelsystem auf der Unterlage festgemacht sind, umfaßt. Die Schleifgranulatkörnchen sind ein Verbundstoff aus Schleifkörnern und einem Bindemittel, welches von dem Bindemittelsystem verschieden ist. Die Schleifgranulatkörnchen sind dreidimensional und bevorzugt pyramidenförmig. Zur Herstellung dieses Schleifartikels werden zuerst die Schleifgranulatkörnchen durch ein Formgebungsverfahren hergestellt. Als nächstes wird eine Unterlage in ein Formwerkzeug gegeben und anschließend das Bindemittelsystem und die Schleifgranulatkörnchen. In dem Formwerkzeug beim den sich musterartig angeordnete Vertiefungen, was dazu führt, daß die Schleifgranulatkörnchen auf der Unterlage ein bestimmtes Muster aufweisen.
US-Patent Nr. 3,605,349 (Anthon) betrifft einen Schleifartikel vom Läpptyp. Das Bindemittel und das Schleifkorn werden zusammengemischt und dann durch ein Gitter hindurch auf die Unterlage gesprüht. Die Anwesenheit des Gitters ergibt eine gemusterte Schleifschicht.
Die GB-Patentanmeldung Nr. 2,094,824 (Moore) betrifft eine gemusterte Läppfolie. Die Schleifaufschlämmung wird hergestellt und durch eine Maske hindurch aufgebracht, wodurch diskrete Inseln erzeugt werden. Als nächstes wird das Harz oder Bindemittel gehärtet. Die Maske kann ein Seidensieb, eine Schablone, ein Drahtsieb oder ein Netz sein.
US-Patent Nr. 4,644,703 (Kaczmarek et al.) betrifft einen Läppartikel, der eine Unterlage und eine auf die Unterlage geklebte Schleifschicht umfaßt. Die Schleifschicht umfaßt ferner eine Suspension von Schleifkörnern in Läppgröße und ein durch radikalische Polymerisation gehärtetes Bindemittel. Die Schleifschicht kann durch eine Rotationstiefdruckwalze mit einem Muster versehen werden.
US-Patent Nr. 4,773,920 (Chasman et al.) betrifft einen Läppartikel, der eine Unterlage und eine auf die Unterlage geklebte Schleifschicht umfaßt. Die Schleifschicht umfaßt eine Suspension von Schleifkörnern in Läppgröße und ein durch radikalische Polymerisation gehärtetes Bindemittel. Die Schleifschicht kann durch eine Rotationstiefdruckwalze mit einem Muster versehen werden.
US-Patent Nr. 4,930,266 (Calhoun et al.) lehrt ein gemustertes Schleifbahnenmaterial in welchem die Schleifgranulatkörnchen fest gebunden sind und im wesentlichen in einem festgelegten seitlichen Abstand in einer Ebene liegen. In dieser Erfindung werden die Schleifgranulatkörnchen durch ein Prallverfahren aufgebracht, so daß jedes Körnchen im Grunde einzeln auf die Unterlage aufgebracht wird. Dies ergibt ein Schleifbahnenmaterial mit präzise gesteuertem Abstand der Schleifgranulatkörnchen.
US-Patent Nr. 5,014,468-(Ravipati et al.) betrifft eine Läppfolie, die für ophthalmische Anwendungen bestimmt ist. Die Läppfolie umfaßt eine gemusterte Oberflächenschicht aus Schleifkörnern, die in einem strahlungsgehärteten Klebstoffbindemittel verteilt sind. Die gemusterte Oberflächenschicht weist mehrere diskrete erhabene dreidimensionale Gebilde auf, deren Breite wegführend von der Unterlage abnimmt. Zur Herstellung der gemusterten Oberfläche wird eine Schleifaufschlämmung auf eine Rotationstiefdruckwalze aufgebracht, wodurch eine ausgeformte Oberfläche bereitgestellt wird, die dann von der Walzenoberfläche entfernt und das strahlungshärtbare Harz dann gehärtet wird.
US-Patent Nr. 5,015,266 (Yamamoto) betrifft eine Schleiffolie, die durch gleichmäßiges Auftragen einer Schleifmittel-Klebstoff-Aufschlämmung über eine geprägte Folie hergestellt wird. Die erhaltene Schleifschicht hat hohe und niedrige Schleifbereiche, die durch die Oberflächenspannung der Aufschlämmung entsprechend den Unregelmäßigkeiten der Basisfolie erzeugt werden.
US-Patent Nr. 5,107,626 (Mucci) lehrt ein Verfahren der Bereitstellung einer gemusterten Oberfläche auf einem Substrat durch Schleifen mit einem beschichteten Schleifmittel, welches mehrere präzise geformte Schleifverbundwerkstoffe enthält. Die Schleifverbundwerkstoffe sich nicht zufällig angeordnet und die Schleifverbundwerkstoffe umfassen mehrere Schleifkörner, die in einem Bindemittel dispergiert sind.
US-Patent Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) gilt als der nächste Stand der Technik und offenbart einen beschichteten Schleifartikel, der sowohl eine relativ hohe Schnittgeschwindigkeit als auch eine relativ feine Oberflächenbeschaffenheit auf der Werkstückoberfläche bereitstellt. Das strukturierte Schleifmittel von Pieper et al. enthält präzise geformte Schleifverbundwerkstoffe, die in einem regelmäßigen nicht zufälligen Muster auf eine Unterlage gebunden sind. Die Beschaffenheit des durch die Schleifstruktur von Pieper et al. bereitgestellten Profils von Schleifverbundwerkstoffen trägt u. a. dazu bei, daß eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit der bearbeiteten Oberfläche bereitgestellt wird. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-235942, veröffentlicht am 23. März 1990, lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer Läppfolie mit einem vorgegebenen Muster. Eine Schleifaufschlämmung wird in ein Netzwerk von Vertiefungen in einem Werkzeug geschichtet. Über das Werkzeug wird dann eine Unterlage gelegt und das Bindemittel in der Schleifaufschlämmung gehärtet. Als nächstes wird das erhaltene beschichtete Schleifmittel von dem Werkzeug entfernt. Das Bindemittel kann durch Strahlungsenergie oder Wärmeenergie gehärtet werden.
Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-159084, veröffentlicht am 2. Juni 1992, lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Läppbandes. Eine Schleifaufschlämmung, umfassend Schleifkörner und ein Elektronenstrahl-härtbares Harz, wird auf die Oberfläche einer Tiefdruckwalze oder Eindruckplatte, die ein Netzwerk von Vertiefungen aufweisen, aufgebracht. Dann wird die Schleifaufschlämmung einem Elektronenstrahl ausgesetzt, der das Bindemittel härtet und das erhaltene Läppband wird von der Walze entfernt.
US-Patent Nr. 5,437,754, angemeldet am 13. Januar 1992 (Calhoun), welches dem vorliegenden Anmelder übertragen wurde, lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels. Eine Schleifaufschlämmung wird in die Vertiefungen eines geprägten Substrates geschichtet. Die erhaltene Konstruktion wird auf eine Unterlage laminiert und das Bindemittel in der Schleifaufschlämmung gehärtet. Das geprägte Substrat wird entfernt und die Schleifaufschlämmung klebt auf der Unterlage.
US-Patent Nr. 5,219,462 (Bruxvoort et al.) lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels. Eine Schleifaufschlämmung wird im wesentlichen nur in die Vertiefungen einer geprägten Unterlage geschichtet. Die Schleifaufschlämmung umfaßt ein Bindemittel, Schleifkörner und ein Treibmittel. Nach dem Beschichten wird das Bindemittel gehärtet und das Treibmittel wird aktiviert. Dies führt dazu, daß die Aufschlämmung sich über die Oberfläche der geprägten Unterlage ausbreitet. Die seitlichen Abstände zwischen den einzelnen in präzise Abstände gebrachten Schleifverbundwerkstoffen sind nicht notwendigerweise dieselben, es sind aber die für die jeweilige Anwendung gewünschten Abstände. Bruxvoort et al. führen diesen Anordnungstyp, wie er z. B. bei einer Scheibe angewendet wird, als Beispiel an, wobei beschrieben wird, daß die Dichte der Schleifverbundwerkstoffe radial ausgehend von der Mitte der Scheibe immer mehr zunimmt.
US-Patent Nr. 5,435,816, angemeldet am 30. Dezember 1993 (Spurgeon et al.), welches dem vorliegenden Anmelder übertragen wurde, lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels. In einem Aspekt dieser Patentanmeldung wird eine Schleifaufschlämmung in die Vertiefungen eines geprägten Substrates geschichtet. Es wird Strahlungs energie durch das geprägte Substrat hindurch in die Schleifaufschlämmung gelassen, wodurch das Bindemittel gehärtet wird.
Die US-Patentanmeldung Nr. 08/067,708, angemeldet am 26. Mai 1993, (Mucci et al.) welche dem vorliegenden Anmelder übertragen wurde, lehrt ein Verfahren zum Polieren eines Werkstückes mit einem strukturierten Schleifmittel. Das strukturierte Schleifmittel umfaßt mehrere präzise geformte Schleifverbundwerkstoffe, die auf einer Unterlage gebunden sind. Das Schleifmittel oszilliert beim Polieren.
Obwohl einige der gemäß der vorstehend erwähnten Patente hergestellten Schleifgegenstände, nämlich Pieper et al., einen Schleifartikel bzw. -gegenstand bereitstellen können, der sowohl eine hohe Schnittgeschwindigkeit als auch eine relativ feine Oberflächenbeschaffenheit ergibt, ist beobachtet worden, daß es bei Verwendung der Schleif gegenstände auf den Oberflächen, die mit einigen Schleif gegenständen des Standes der Technik bearbeitet wurden, zur Erzeugung von Kratzern kommen kann. Viele Schleif gegenstände haben z. B. Richtungsbeschränkungen, und zwar insofern, wie die Gegenstände gegenüber der abzutragenden Arbeitsfläche auszurichten sind, d. h. einige Gegenstände können nicht in alle Richtungen angewendet werden. Bei unrichtiger Anwendung durch Zufall oder Nachlässigkeit, z. B. wenn ein solcher Schleifartikel durch den Bediener nicht richtig auf der zu bearbeitenden Oberfläche ausgerichtet wird, können diese Schleifgegenstände u. a. Kratzer auf der bearbeiteten Oberfläche verursachen.
Die US-Patentanmeldung Nr. 08/120,300, angemeldet am 13. September 1993, (Hoopman et al.) beschreibt mit der Bereitstellung präzise geformter Schleifverbundwerkstoffe, wie Pyramidenformen, in einer Anordnung, in der die Formen nicht alle die gleichen sind und die Abstände entlang der distalen Enden der Verbundwerkstoffe nicht gleich sind, ein erfolgreiches Herangehen an die Lösung des Kratzproblems.
Die US-Patentanmeldung Nr. 08/120,297 (Gagliardi et al.) beschreibt einen beschichteten Schleifartikel mit Schleifmaterialrillen, die in einem von Null verschiedenen Winkel zur Maschinenrichtung angeordnet sind, wodurch ein Helixmuster erzeugt wird.
Auch wenn die vorstehend erwähnten Neuerungen von Hoopman et al. und Gagliardi et al. wirksame Lösungen für das Kratzproblem darstellen, kann davon ausgegangen werden, daß die Schleifmittelindustrie bereit ist, andere Alternativvorschläge zur Bereitstellung eines Schleifartikels, der eine anpassungsfähig hohe Schnittgeschwindigkeit und eine feine Oberflächenbeschaffenheit möglich macht, der gegen die unbeabsichtigte Erzeugung von Kratzern gefeit ist und in einem breiten Bereich von Schleifbedingungen anwendbar ist, in Betracht zu ziehen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Schleifartikel bzw. -gegenstand bereit, der eine hohe Schnittgeschwindigkeit bereitstellt und dennoch eine relativ feine Oberflächenbeschaffenheit verleiht, ohne auf dem Werkstück Kratzer zu erzeugen. Der Schleifgegenstand ist in Anspruch 1 definiert.
Die folgenden Begriffe haben für die Zwecke dieser Erfindung die angegebenen Bedeutungen:
"gedachte Linie" ist eine Linie, die sich unbeschränkt in beide Ausdehnungsrichtungen der Linie erstreckt.
"schneidet" bedeutet, daß eine Linie oder Ebene einen Querschnitt des Verbundwerkstoffs berührt. Dieser "Querschnitt" wird im Grunde ein Punkt sein, wenn sich der Schnittpunkt an einem distalen Ende oder äußersten Ende eines Schleifverbundwerkstoffs befindet. Wenn die parallel zu der Hauptoberfläche befindliche Ebene die Verbundwerkstoffe z. B. an ihrer äußersten Höhe, wie dem äußeren Ende der abgerundeten oder kegelförmigen Teile, schneidet, befindet sich die Ebene praktisch tangential zu dem distalen Ende und der Schnittpunkt ist ein Querschnitt, der im Grunde ein Punkt ist. Auch eine gedachte Linie schneidet ein solches distales Ende an einem solchen Punkt. In einer anderen Ausführungsform bedeutet der Begriff "schneidet" auch, daß eine gedachte Linie eine Querschnittsscheibe eines Schleifverbundwerkstoffs mit einer signifikanteren zweidimensionalen Oberfläche berührt, und zwar in dem Sinne, daß die Spuren der Linie in einer Draufsicht des Schleifgegenstandes zumindest den Umfang des Außenprofils einer Querschnittscheibe berühren, die durch die parallel zur Hauptoberflächenebene, z. B. in einer tangentialen Art und Weise dazu, befindliche Ebene geschnitten wird, oder daß die Linie sich durch den Umfang des Querschnittes erstreckt, wobei sie an einer Stelle in eine innere Fläche des Querschnittes eintritt und diese durchquert und an einer zweiten Stelle entlang dem Umfang daraus austritt.
"präzise Form" und dergleichen bezieht sich hier bei der Beschreibung der Schleifverbundwerkstoffe auf Schleifverbundwerkstoffe, die eine Form aufweisen, die durch Härten des härtbaren Bindemittels eines fließfähigen Gemisches aus Schleifteilchen und härtbarem Bindemittel hergestellt wird, wobei das Gemisch sowohl von einem Träger getragen wird als auch eine Vertiefung auf der Oberfläche eines Fertigungswerkzeuges füllt, wodurch eine "präzise Form" bei dem erzeugten Schleifverbundwerkstoff bereit gestellt wird. Somit weist die "präzise Form" des Schleifverbundwerkstoffs im Grunde dieselbe geometrische Form auf wie die Vertiefung, durch welche sie erzeugt wird. Ferner wird die präzise Form des Schleifverbundwerkstoffs durch relativ glattflächige Seiten begrenzt. Da bei der Herstellung in den äußeren Oberflächenbereichen der Verbundwerkstoffformen kleine Blasenvertiefungen auftreten können, können die Formen in einigen Fällen "im wesentlichen" präzise sein; obwohl die dreidimensionale Gesamtform der Verbundwerkstoffe trotz dieser leichten Fehler, wenn sie vorkommen, noch klar erkennbar ist.
Als "Grenze" werden hier bei der Definition der Schleifverbundwerkstoffe die freigelegten Oberflächen und Kanten jedes Schleifverbundwerkstoffs bezeichnet, die die tatsächliche dreidimensionale Form jedes Schleifverbundwerkstoffs abgrenzen und begrenzen.
Diese deutlichen und erkennbaren Grenzen werden leicht sichtbar und deutlich gemacht, wenn ein Querschnitt des Schleifgegenstandes der Erfindung unter einem Mikroskop, wie einem Rasterelektronenmikroskop, untersucht wird. Die deutlichen und erkennbaren Grenzen jedes Schleifverbundwerkstoffs bilden die Umrisse und Konturen der Querschnitte der präzisen Formen der vorliegenden Erfindung. Diese Grenzen trennen und unterscheiden einen einzelnen Schleifverbundwerkstoff vom anderen. In einem Schleifverbundwerkstoff, der keine präzise Form aufweist, sind die Grenzen und Kanten vergleichsweise nicht definitiv, z. B. wenn der Schleifverbundwerkstoff vor der vollständigen Aushärtung Läufer bildet.
Die "Größe", wie der Begriff hier im Zusammenhang mit der Definition der Schleifverbundwerkstoffe verwendet wird, ist ein Maß für die räumliche Ausdehnung, wie eine Kantenlänge einer Seitenfläche oder eine Höhe der Form in Zusammenhang mit einem Schleifverbundwerkstoff, oder in einer anderen Ausführungsform kann die "Größe" ein Maß für einen Neigungswinkel der Seitenfläche ausgehend von der Unterlage sein.
"geometrische Form" bedeutet eine dreidimensionale geometrische Form;
"abgerundet", wie der Begriff zur Definition einer Geometrie der Form der Schleifverbundwerkstoffe oder eines Teils davon verwendet wird, bedeutet eine dreidimensionale kuppelförmige oder Halbkugelform; und
"benachbarter Verbundwerkstoff" oder "benachbarte Verbundwerkstoffe " oder dergleichen steht für mindestens zwei benachbarte Verbundwerkstoffe, wobei in einer direkten Linie zwischen ihnen keine dazwischenliegende Schleifverbundwerkstoffstruktur vorhanden ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schleifartikel der Erfindung in Form eines Endlosbandes verwendet werden soll, das hauptsächlich für eine Grundrichtung der Bewegung, d. h. eine Maschinenrichtung, bestimmt ist, reicht es aus, die Erzeugung von Kratzern zu verhindern, indem die Verbundwerkstoffe so angeordnet werden, daß die Möglichkeit ausgeschlossen wird, in der Maschinenrichtung des Bandes eine beliebige gedachte Linie in einer parallel zur Hauptoberfläche des Schleifartikels befindlichen Ebene, die das distale Ende, daß der Hauptoberfläche von den Verbundwerkstoffen am nächsten ist, schneidet, zu ziehen, welche mindestens einen Querschnitt eines beliebigen Schleifverbundwerkstoffs von der Anordnung, die in einer solchen Ebene liegt, nicht schneidet. Diese Ausführungsform der Erfindung wird auch für diskrete Plattenformen des Schleifartikels in Betracht gezogen.
Andererseits wird erwartet, daß es Fälle gibt, in denen der nichtkratzende Schleifartikel der Erfindung die Möglichkeit bietet sollte, in mehrere Richtungen verwendet zu werden, wobei es keine Einschränkungen in der Ausrichtung der Anordnung der Verbundwerkstoffe gegenüber der Arbeitsfläche in einer beliebigen einer in Betracht gezogenen Menge von Maschinenrichtungen geben sollte. Dementsprechend sind die Schleifverbundwerkstoffe in einer anderen Ausführungsform der Erfindung willkürlich angeordnet, wodurch es möglich gemacht wird, in einer beliebigen von einer Menge beabsichtigter Maschinenrichtungen gedachte Linien innerhalb einer sich parallel zu der Hauptoberfläche des Schleifartikels erstreckenden Ebene, die das distale Ende, daß der Hauptoberfläche von den Verbundwerkstoffen am nächsten ist, schneidet, zu ziehen, welche mindestens einen Querschnitt eines beliebigen Schleifverbundwerkstoffs von der Anordnung, die in einer solchen Ebene liegt, schneidet. Die letztere Ausführungsform ist besonders gefordert und günstig bei der Verwendung von Schleifgegenständen, die in diskreter (nicht endloser) Plattenform vorliegen und wo es ein großes Ärgernis für den Betreiber sein kann, wenn eine große Sorgfalt erforderlich ist, die Anordnung der Verbundwerkstoffe, die auf einem Schleifartikel getragen werden, vor und während des Reibungskontaktes zwischen ihnen in einer bestimmten eingeschränkten Art und Weise gegenüber dem Werkstück auszurichten. Diese Ausführungsform ist jedoch auch auf eine Bandform des Schleifartikels anwendbar.
In einer weiteren Ausführungsform des Schleifgegenstandes der Erfindung haben die einzelnen Schleifverbundwerkstoffe eine geometrische Form, die ausgewählt ist aus der Gruppe geometrischer Formen, bestehend aus einer Kegelstumpfform (abgestumpfter Kegel), einer Kegelstumpfform (abgestumpfter Kegel), die an ihrem distalen Ende in einer abgerundeten oder Kuppelform endet, einer Kegelstumpfform (abgestumpfter Kegel), die an ihrem distalen Ende in einer zweiten kleineren Kegelform endet, einer Würfel-, Prismen-, Kegel-, Zylinder-, Hundeknochen-, Pyramidenform und der Form einer abgestumpften Pyramide.
Eine verwendbare Verbundwerkstofform ist eine komplexe Form aus zwei Grundteilen, einschließlich: (1) eines kegelstumpfförmigen Teils, welches an der Hauptoberfläche des Schleifartikels befestigt ist und daraus hervortritt und (2) eines weiteren Teils, das eine abgerundete oder Halbkugelform aufweist, die sich am äußeren Ende des Verbundwerkstoffs oben auf dem Kegelstumpfteil befindet. Mit "kegelstumpfförmig" ist eine Stumpfform gemeint, wie ein abgestumpfter Teil eines kegelförmigen Festkörpers, der durch zwei parallele den Festkörper schneidende Ebenen begrenzt ist, nämlich der Bereich zwischen der Grundfläche der Verbundwerkstofform, die mit der Hauptoberfläche des Schleifartikels in Kontakt steht, und einer parallel zu der Grundfläche verlaufenden Ebene. Im allgemeinen liegen die zwei schneidenden Ebenen senkrecht zur Mittelachse des Kegels; obwohl auch in Betracht gezogen wird, daß eine leichte Schräglage dieser Ebenen eine abgeschrägte Kegelstumpfstruktur erzeugen kann. Die Querschnitte des abgestumpften Kegels können auch kreisförmig oder ellipsenförmig sein. Die abgerundete Form kann eine vom Volumen des Kegelstumpfteils des Verbundwerkstoffs nach außen hin konvexe Kontur aufweisen oder, in einer anderen Ausführungsform, zur Grundfläche hin in das Volumen des Kegelstumpfteils hinein konkav geformt sein.
Es wurde gefunden, daß die Kraft pro Flächeneinheit und somit die Schnittgeschwindigkeit konstanter gehalten wird, nachdem sich derartig abgerundete Spitzen abzunutzen beginnen und das Kegelstumpfteil der Schleifverbundwerkstoffe zur Arbeitsoberfläche wird. Es wird gelehrt, daß sich die Geschwindigkeit der Änderung der Kraft pro Flächeneinheit bei der Kegelstumpfform aufgrund der relativ steil abfallenden Seitenwände, die die Form der Verbundwerkstoffe, wie abgestumpfte Kegel, bilden, verringert. Die Bereitstellurig eines Schleifartikels, bei dem die komplexen Formen von Schleifverbundwerkstoffen mit einem kegelstumpfförmigen Teil und einer abgerundeten Spitze oder einem distalen Ende verwendet werden, wird als eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrachtet.
Die einzelnen Formen der Schleifverbundwerkstoffe können auch so zu Teilanordnungen gruppiert werden, daß jede dieser Teilanordnungen von Verbundwerkstoffen die Möglichkeit ausschließt, in einer beliebigen beabsichtigten Maschinenrichtung(en) gedachte Linien innerhalb einer sich parallel zur Hauptoberfläche des Schleifartikels erstreckenden Ebene, die das distale Ende, das der Hauptoberfläche von den Verbundwerkstoffen in jeder Teilanordnung am nächsten ist, schneidet, zu ziehen, welche mindestens einen Querschnitt eines beliebigen Schleifverbundwerkstoffs in der gegebenen Teilanordnung in einer solchen Ebene schneiden. Durch Wiederholung dieser Teilanordnungen über die gesamte Hauptoberfläche des Schleifartikels kann den Erfordernissen der Erfindung Genüge getan werden, ohne daß die Notwendigkeit besteht, den Ort jedes einzelnen Verbundwerkstoffs in der Anordnung über den gesamten Schleifartikel willkürlich festzulegen. Diese Lösung stellt ein pseudo-zufälliges Verfahren zum Erfüllen der Aufgaben der Erfindung bereit. Die verschiedenen Teilanordnungen müssen jedoch nahe beieinander angeordnet sein, um die geradlinigen Wege zwischen den unterschiedlichen Teilanordnungen nicht zu verlassen, die sich in der (die) für den Schleifartikel beabsichtigten Verwendungsrichtung(en) erstrecken. Bevorzugt sind Mosaikmuster, wobei jede Teilanordnung von Verbundwerkstoffen ein Gebiet mit einem Umfang abgrenzt und die entsprechenden Gebiete benachbarter Teilanordnungen nebeneinanderliegen oder einander etwas überlappen können. Eine Folge ist, daß zwischen benachbarten Teilanordnungen, die in einer solchen Weise angeordnet sind, keine klaren Wege geschaffen werden in der beabsichtigten Verwendungsrichtung.
In dieser Hinsicht können z. B. Fischgräten-, kreuzgerippte und hundeknochenförmige Teilanordnungen der Schleifverbundwerkstoffe verwendet werden. Ein "Fischgräten"-Muster umfaßt, wie eine Draufsicht zeigt, Reihen von kurzen abgeschrägten parallelen Linien aus Schleifverbundwerkstoffmaterial, wobei die Richtung der Schräge Reihe für Reihe wechselt. Ein "kreuzgeripptes" Muster besteht, wie eine Draufsicht zeigt, aus Teilmengen von einigen parallelen Linien aus Schleifverbundwerkstoffmaterial, die senkrecht eng beieinander liegen, aber andere solcher Teilmengen nicht berühren. Ein "Hundeknochen"-Muster umfaßt, wie eine Draufsicht zeigt, einzelne Elemente aus Schleifverbundwerkstoffmaterial, wobei jedes entlang seiner Längsachse im allgemeinen rechtwinklig ist, aber erweiterte Enden hat, und wobei diese Elemente in dem Muster senkrecht in enger kontaktlosen Nähe zueinander angeordnet sind. Die Fischgräten-, kreuzgerippten und Hundeknochenanordnungen können ferner erzeugt werden, indem einzelne Verbundwerkstoffe, die jeweils von der Hauptoberfläche des Schleifartikels erhabene Formen, mit oder ohne abgerundete Spitzen oder Endbereiche, aufweisen, passend zusammengestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Schleifartikels der vorliegenden Erfindung hat jeder Schleifverbundwerkstoff ein distales Ende (äußerstes terminales Ende) in einem Abstand von der Grundfläche und jedes distale Ende erstreckt sich im wesentlichen in derselben Entfernung zu derselben gedachten Ebene, die sich in einem Abstand von und parallel zu der Grundfläche befindet. In einer Ausführungsform haben die Schleifverbundwerkstoffe z. B. den gleichen Höhenwert, gemessen von der Grundfläche zum distalen Ende, und zwar in einem Bereich von etwa 50 um bis etwa 1.020 um.
In einer weiteren Ausführungsform des Schleifartikels der Erfindung, sind die Schleifverbundwerkstoffe auf der Hauptoberfläche in einer Dichte von etwa 100 bis etwa 10.000 Schleifverbundwerkstoffe/cm² fixiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des vorstehenden Schleifartikels bereitgestellt, welches Verfahren in Anspruch 7 definiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der hier beschriebene Schleifartikel in einem Verfahren zum Abtragen der Oberfläche eines Werkstückes verwendet, welches die Schritte umfaßt:
(a) in reibungsschlüssigen Kontakt bringen einer Werkstückoberfläche und eines der vorstehenden Schleifgegenstände der Erfindung; und
(b) Bewegen des Schleifartikels und/oder der Werkstückoberfläche gegeneinander, so daß die Oberfläche des Werkstückes abgetragen wird.
Andere Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen und der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verständlicher.
Fig. 1 ist eine vergrößerte perspektivische Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Schleifartikels dieser Erfindung darstellt.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Stirnseitenschnittansicht eines veranschaulichenden Schleifartikels der Erfindung, die die unterschiedlichen Formen der Verbundwerkstoffe der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) bei 100facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographie der Oberfläche eines Schleifartikels der Erfindung, der nach dem nachstehend beschriebenen Allgemeinen Verfahren zur Herstellung des Schleifartikels hergestellt ist.
Fig. 4 ist eine bei 25facher Vergrößerung in einer Draufsicht aufgenommene SEM- Mikrophotographie eines Schleifartikels von Fig. 3, die die Abstände der Verbundwerkstoffe zeigt.
Fig. 5 und 6 sind veranschaulichende Draufsichten auf verschiedene Anordnungen von hundeknochenförmigen Verbundwerkstoffen in einer Anordnung der Erfindung.
Fig. 7 bzw. 8 sind veranschaulichende Draufsichten auf eine kreuzgerippte Anordnung und eine Fischgräten-Anordnung von Verbundwerkstoffen in Anordnungen der Erfindung.
Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht einer Apparatur, die zur Herstellung eines Schleifartikels gemäß dieser Erfindung verwendet wird.
Fig. 10 ist eine Stirnseitenansicht in der in Fig. 1, dargestellten Richtung 10-10.
Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung des Schleifartikels von Fig. 10, in einem etwas kleineren Gesamtmaßstab, die die Querschnitte der Scheiben der Schleifverbundwerkstoffe zeigt (schraffiert), die innerhalb einer gedachten in einem Abstand von der Hauptoberfläche befindlichen Ebene liegen.
Der Schleifgegenstand der Erfindung zeigt eine hohe Schnittgeschwindigkeit, wobei er dem Werkstück, welches abgeschliffen wird, eine relativ gleichmäßige feine Oberflächenbeschaffenheit verleiht und das Werkstück nicht ohne weiteres zerkratzt. Es wird angenommen, daß in der vorliegenden Erfindung durch die Unterschiede in den Abständen zwischen benachbarten präzise geformten Schleifverbundwerkstoffen Schwingungsresonanz zerstört und/oder deren Aufbau verhindert wird, wodurch außer, daß weniger Kratzer erzeugt werden, eine hohe Schnittgeschwindigkeit und feine Oberflächenbeschaffenheit bei vermindertem Klappern bereitgestellt wird.
In Fig. 1 ist eine veranschaulichende perspektivische Draufsicht eines Schleifartikels 1 der Erfindung dargestellt, und zwar der Ausführungsform, bei der die Schleifverbundwerkstoffe so in der Anordnung angeordnet sind, daß die Möglichkeit ausgeschlossen wird, in der Maschinenrichtung des Artikels eine beliebige gedachte Linie innerhalb einer sich parallel zur Hauptoberfläche des Schleifartikels erstreckenden Ebene, die das distale Ende, das der Hauptoberfläche von den Verbundwerkstoffen am nächsten ist, schneidet, zu ziehen, die mindestens einen Querschnitt eines beliebigen Schleifverbundwerkstoffs der Anordnung, die in einer solchen Ebene liegt, nicht schneidet.
In Fig. 1 ist eine obere Hauptoberfläche 11 mit einem Paar entgegengesetzter Seitenkanten 12 und 13 und einer in Maschinenrichtung verlaufenden Achse 14, die sich parallel zur Richtung der Seitenkanten erstreckt, und mehrere Schleifverbundwerkstoffe 15, die zumindest auf der oberen Hauptoberfläche 11 der Unterlage fixiert sind, dargestellt. Jeder Schleifverbundwerkstoff weist eine erkennbar präzise Form auf, die durch eine erkennbare Grenze 18 festgelegt ist. Wird der beschichtete Schleifartikel zum Abschleifen einer Oberfläche verwendet, zerfällt der Verbundwerkstoff unter Zurücklassung ungenutzter Schleifteilchen. Der Verbundwerkstoff "s" ist ein kürzester Verbundwerkstoff in der Anordnung, während die Verbundwerkstoffe "t" im Verhältnis dazu höher sind. Für veranschaulichende Zwecke ist sowohl in Fig. 1 als auch Fig. 10 und 11 ein repräsentativer Teil der Anordnung in vergrößerten Ansichten dargestellt, nicht aber die gesamte Anordnung über die seitliche Breite des Schleifartikels.
Fig. 10 zeigt eine Stirnseitenansicht des Schleifartikels von Fig. 1 entlang der Richtung 10-10. Die vordere Hauptoberfläche 11 liegt in einer ersten gedachten Ebene 111, die sich parallel zur Unterlage 26 erstreckt, und die Seitenkanten 12, 13 des Schleifartikels liegen innerhalb einer zweiten gedachten Ebene 112 bzw. einer dritten gedachten Ebene 113, die sich senkrecht zur Ebene 111 erstrecken. Die vierte gedachte Ebene 114 erstreckt sich parallel zu und in einem Abstand von der ersten gedachten Ebene 111 (Hauptoberfläche 11) auf der Seite des Artikels, der die Verbundwerkstoffe trägt. Die vierte Ebene 114 schneidet einen Querschnitt durch die Schleifverbundwerkstoffe 15 an den Stellen 150, einschließlich des (der) Verbundwerkstoff(e)s "s" mit einem distalen Ende D', das der Hauptoberfläche 11 in senkrechter Höhe am nächsten ist, und größerer Verbundwerkstoffe "t". Es ist möglich, daß mehr als ein Verbundwerkstoff dieselbe Höhe S mit einem distalen Ende D', welches der Hauptoberfläche 11 am nächsten ist, aufweist. Es können z. B., obwohl in Fig. 10 nicht gezeigt, in dieser Erfindung alle Verbundwerkstoffe mit der Höhe S erzeugt werden.
Die Schleifverbundwerkstoffe 15 weisen jeweils mehrere Schleifteilchen 16 auf, die in dem Bindemittel 17 dispergiert sind, wie in den Verbundwerkstoffen "s" und "t" gezeigt ist. Die Schleifverbundwerkstoffe 15 liegen in dem Sinne "einzeln" vor, daß ihre distalen Enden, d. h. der Endpunkt jedes Verbundwerkstoffs, der in der Senkrechten am weitesten entfernt von der Hauptoberfläche der Unterlage ist, frei voneinander sind, d. h. sich in einem Abstand befinden und nicht mit beliebigen benachbarten Verbundwerkstoffen verbunden sind.
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt des Schleifartikels von Fig. 1, an der Oberfläche der gedachten Ebene 114, und zwar in einem etwas verkleinertem Maßstab, um einen größeren Teil der Anordnung von Verbundwerkstoffen zu zeigen. Die Querschnitte der Schleifverbundwerkstoffe, die durch Ebene 114 geschnitten oder gespalten werden, sind als schraffierte Teile 101 gekennzeichnet, während das Profil der Grundfläche der Schleifverbundwerkstoffe, die mit der Hauptoberfläche 11 in Kontakt stehen, als Teile 102 gekennzeichnet sind. Es wird davon ausgegangen, daß Ebene 114 in einem Abstand S von der Hauptoberfläche 11 gezogen wird, der gleich der kürzesten senkrechten Höhe S der Verbundwerkstoffe ist; d. h. des (der) Verbundwerkstoff(e)s "s", wobei der (die) durch die Ebene 114 gespaltene(n) Querschnitt(e) des (der) kürzesten Verbundwerkstoff(e)s "s" im Grunde zu einem Punkt(en) wird (werden).
Auf jeden Fall können keine gedachten Linien, wie 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, oder 12F und so weiter, parallel zur Maschinenrichtungsachse 14 entlang der freigelegten Ebene 114 gezogen werden, ohne mindestens einen Querschnittsteil 101 der Schleifverbundwerkstoffe zu schneiden, die in der Ebene, die wie vorstehend beschrieben ausgerichtet ist, liegen.
Die Form der einzelnen Schleifverbundwerkstoffe in der Ausführungsform der Erfindung, die sich auf abgestumpfte Kegelformen mit Kuppeln bezieht, ist in der SEM-Mikrophotographie in Fig. 3 bei 100facher Vergrößerung gezeigt. Diese Verbundwerkstoffe sind durch das nachstehend beschriebene Allgemeine Verfahren zur Herstellung des Schleifartikels hergestellt. Die Dichte der Verbundwerkstoffe über die Oberfläche beträgt etwa 775 Verbundwerkstoffe/cm² und die Formen haben eine Höhe von etwa 160 um.
Wie in Fig. 4, einer Draufsicht der Schleifverbundwerkstoffe von Fig. 3 bei 25facher Vergrößerung, gezeigt ist, sind die Verbundwerkstoffe in einer Anordnung auf der Hauptoberfläche so positioniert, daß die Schleifverbundwerkstoffe auf der Hauptoberfläche keine geradlinigen Spalten oder Rillen aus Schleifmaterial bilden. In Fig. 4 entsprechen die verdunkelten Mitten den größten Querschnittsprofilen der abgerundeten Spitzen und die weißen Kreise entsprechen der größten äußeren Ausdehnung der Grundfläche der Formen.
Es kann davon ausgegangen werden, daß die Verbundwerkstoffe dann, wenn der Schleifartikel zum Schleifen in mehr als einer Maschinenrichtung brauchbar sein soll, so zu einer Anordnung zusammengestellt sind, daß die Möglichkeit ausgeschlossen wird, in einer beliebigen von allen beabsichtigten Verwendungsrichtungen eine gedachte Linie zu ziehen, ohne einen Querschnitt mindestens eines Verbundwerkstoffs zu schneiden, der in einer parallel zur Hauptoberfläche 11 und in einem Abstand von Verbundwerkstoffhöhe S befindlichen Ebene liegt.
Auch wenn die Erfindung vorstehend unter Verwendung einer Anordnung von kegelstumpfförmigen Schleifformen mit Kuppelenden demonstriert wurde, werden andere Anordnungen und Formen von Schleifverbundwerkstoffen als im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen. Es kann z. B. eine "Hundeknochen"-Anordnung von Verbundwerkstoffen der Erfindung verwendet werden, welche einzelne Elemente aus Schleifverbundwerkstoffmaterial aufweist, die, wie eine Draufsicht zeigt, entlang ihrer Längsachse im allgemeinen jeweils rechtwinklig sind, aber vergrößerte Enden aufweisen, wobei diese Elemente in den Mustern senkrecht in enger kontaktloser Nähe zueinander angeordnet sind. Fig. 5 und 6 zeigen beispielhafte Hundeknochenmuster mit Mustern aus Schleifverbundwerkstoffmaterial 51 bzw. 61. Ein "kreuzgeripptes" Muster weist, wie eine Draufsicht zeigt, Teilmengen von einigen parallelen Linien aus Schleifverbundwerkstoffmaterial auf, welche sich senkrecht sehr nahekommen, aber andere solcher Teilmengen nicht berühren. Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes kreuzgeripptes Muster der Erfindung mit einem Muster aus Schleifverbundwerkstoffmaterial 71. Die Erfindung zieht auch die Verwendung von Verbundwerkstoffanordnungen in der Konfiguration eines Fischgrätenmusters, wie in Fig. 8 veranschaulicht ist, mit einem Muster aus Schleifverbundwerkstoffmaterial 81 in Betracht. Auch wenn die Schleifmaterialsegmente in Fig. 8 so dargestellt sind, daß sie sich einander in einem Winkel von etwa 90º nähern, können sich die Schleifmaterialsegmente in dem Fischgrätenmuster einander in einem weiten Bereich von Winkeln nähern. Es wird davon ausgegangen, daß diese in einem der Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellten Muster als Teilanordnungen wiederholt werden können, um eine Anordnung bereitzustellen, die die gesamte Oberfläche des Schleifartikels bedeckt.

Träger

Um eine Oberfläche, auf die Schleifverbundwerkstoffe aufgebracht werden können, bereitzustellen, kann in dieser Erfindung einfach ein Träger verwendet werden, wobei ein solcher Träger eine Vorderseiten- und eine Rückseitenoberfläche aufweist und eine beliebige herkömmliche Schleifunterlage sein kann. Beispiele dafür schließen Polymerfolie, sensibilisierte Polymerfolie, Stoff, einschließlich eines trockenen Stoffs (roher Stoff), Papier, vulkanisierte Faser, Vliese und Kombinationen davon ein. Der Träger kann gegebenenfalls eine verstärkte thermoplastische Unterlage oder ein Endlosband sein, wie z. B. in der PCT Veröffentlichung WO/93/12911, veröffentlicht am 8. Juli 1993 (Benedict et al.) beschrieben. Der Träger kann auch eine Behandlung oder Behandlungen erhalten haben, wodurch der Träger versiegelt wird und/oder einige physikalische Eigenschaften des Trägers modifiziert werden. Diese Behandlungen sind auf dem Fachgebiet bekannt.
Der Träger kann auch ein Befestigungselement auf ihrer Rückseitenoberfläche aufweisen, um das erhaltene beschichtete Schleifmittel auf einer Trägernabe oder einer Sicherheitsnabe zu befestigen. Dieses Befestigungsmittel kann ein Haftklebstoff oder Ösengewebe für ein Haken/Öse-Befestigungssystem sein. In einer anderen Ausführungsform kann es ein ineinandergreifendes Befestigungssystem sein, wie z. B. in US-Patent Nr. 5,201,101 (Rouser et al.) beschrieben.
Die Rückseite des Schleifartikels kann auch eine rutschfeste oder reibschlüssige Beschichtung enthalten. Ein Beispiel für eine solche Beschichtung schließt Zusammensetzungen ein, die einen in einem Klebstoff dispergierten anorganischen Feststoff (z. B. Calciumcarbonat oder Quarz) enthalten. In den Schleifartikel kann, wenn gewünscht, auch eine antistatische Beschichtung, die Materialien, wie Ruß oder Vanadiumoxid, umfaßt, eingeschlossen sein.

Schleifverbundwerkstoff

a. Schleifteilchen

Die Schleifteilchen haben typischerweise eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis 1.000 um, gewöhnlich zwischen etwa 0,1 bis 400 um, bevorzugt zwischen 0,1 und 100 um. Es ist bevorzugt, daß die Schleifteilchen eine Moh-Härte von mindestens etwa 8, stärker bevorzugt über 9, aufweisen. Beispiele für solche Schleifteilchen schließen geschmolzenes Aluminiumoxid (welches braunes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid und weißes Aluminiumoxid einschließt), keramisches Aluminiumoxid, grünes Siliciumcarbid, Siliciumcarbid, Chromdioxid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Diamant, Eisenoxid, Ceroxid, kubisches Bornitrid, Borcarbid, Granat und Kombinationen davon ein.
Der Begriff Schleifteilchen gilt auch, wenn einzelne Schleifteilchen zusammengeklebt sind, wodurch ein Schleifagglomerat erzeugt wird. Geeignete Schleifagglomerate für diese Erfindung sind ferner in den US-Patenten Nr. 4,311,489 (Kressner), 4,652,275 (Bloecher et al.) und 4,799,939 (Bloecher et al.) beschrieben.
Es liegt auch im Bereich dieser Erfindung, eine Oberflächenbeschichung auf den Schleifteilchen zu haben. Die Oberflächenbeschichtung kann viele unterschiedliche Funktionen haben. In einigen Fällen verstärken die Oberflächenbeschichtungen die Haftung gegenüber dem Bindemittel, verändern das Schleifverhalten der Schleifteilchen und der gleichen. Beispiele für Oberflächenbeschichtungen schließen Haftmittel, Halogenidsalze, Metalloxide, einschließlich Siliciumoxid, feuerfeste Metallnitride, feuerfeste Metallcarbide und dergleichen ein.
In dem Schleifverbundwerkstoff können auch Verdünnerteilchen vorhanden sein. Die Teilchengröße dieser Verdünnerteilchen kann in derselben Größenordnung liegen wie die der Schleifteilchen. Beispiele für Verdünnerteilchen schließen Gips, Marmor, Kalkstein, Feuerstein, Siliciumdioxid, Glasblasen, Glaskügelchen, Aluminiumsilikat und dergleichen ein.

b. Bindemittel

Die Schleifteilchen werden in einem organischen Bindemittel dispergiert, wodurch der Schleifverbundwerkstoff erzeugt wird. Das organische Bindemittel kann ein thermoplastisches Bindemittel sein, es ist jedoch bevorzugt ein wärmehärtbares Bindemittel. Das Bindemittel wird aus einer Bindemittelvorstufe erzeugt. Während der Herstellung des Schleifartikels wird die wärmehärtbare Bindemittelvorstufe einer Energiequelle ausgesetzt, die die Initiierung des Polymerisations- oder Härtungsvorganges unterstützt. Beispiele für Energiequellen schließen thermische Energie und Strahlungsenergie, welche Elektronenstrahl, UV-Licht und sichtbares Licht einschließt, ein. Nach diesem Polymerisationsvorgang ist die Bindemittelvorstufe in ein verfestigtes Bindemittel überführt. In einer anderen Ausführungsform für eine thermoplastische Bindemittelvorstufe wird die thermoplastische Bindemittelvorstufe während der Herstellung des Schleifartikels auf eine Temperatur gekühlt, die zur Verfestigung der Bindemittelvorstufe führt. Mit der Verfestigung der Bindemittelvorstufe wird der Schleifverbundwerkstoff erzeugt.
Das Bindemittel in dem Schleifverbundwerkstoff ist im allgemeinen auch für das Haften des Schleifverbundwerkstoffs auf der Vorderseitenoberfläche des Trägers verantwortlich. In einigen Fällen kann jedoch auch eine zusätzliche Klebstoffschicht zwischen der Vorderseitenoberfläche des Trägers und dem Schleifverbundwerkstoff vorhanden sein.
Es gibt zwei Hauptklassen von wärmehärtbaren Harzen, Kondensations-härtbare und additionspolymerisierte Harze. Die bevorzugten Bindemittelvorstufen sind additionspolymerisierte Harze, da sie durch Einwirkung von Strahlungsenergie leicht gehärtet werden. Additionspolymerisierte Harze können über einen kationischen Mechanismus oder radikalischen Mechanismus polymerisieren. In Abhängigkeit von der verwendeten Energiequelle und der Chemie der Bindemittelvorstufe ist manchmal ein Härtungsmittel, ein Initiator oder Katalysator bevorzugt, um die Initiierung der Polymerisation zu unterstützen.
Beispiele für typische Bindemittelvorstufen schließen Phenolharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, acrylierte Urethane, acrylierte Epoxide, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Aminoplast-Derivate mit ungesättigten Carbonylseitengruppen, Isocyanurat-Derivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanat- Derivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Vinylether, Epoxidharze und Gemische und Kombinationen davon ein. Der Begriff Acrylat schließt Acrylate und Methacrylate ein.
Phenolharze finden in Bindemitteln von Schleifgegenständen aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften, Verfügbarkeit und Kosten breite Verwendung. Es gibt zwei Typen von Phenolharzen, Resole und Novolake. Resol-Phenolharze weisen ein molares Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol auf, das größer oder gleich 1 : 1 ist, typischerweise zwischen 1,5 : 1,0 bis 3,0 : 1,0 liegt. Novolakharze weisen ein molares Verhältnis von Formaldehyd zu Phenol auf, das kleiner als 1 : 1 ist. Beispiele für im Handel erhältliche Phenolharze schließen die unter den Handelsnamen "DUREZ" und "VARCUM", erhältlich von der Occidental Chemicals Corp., "RESINOX" von Monsanto, "AEROFENE", erhältlich von der Ashland Chemical Co. und "AEROTAP", erhältlich von der Ashland Chemical Co. bekannten ein.
Acrylierte Urethane sind Diacrylatester hydroxyterminierter NCO-verlängerter Polyester oder Polyether. Beispiele für im Handel erhältliche acrylierte Urethane schließen "UVITHANE 782", erhältlich von Morton Thiokol Chemical, und "CMD 6600", CMD 8400 und CMD 8805, erhältlich von Radcure Specialties ein.
Acrylierte Epoxide sind Diacrylatester von Epoxidharzen, wie die Diacrylatester des Bisphenol A-Epoxidharzes. Beispiele für im Handel erhältliche acrylierte Epoxide schließen "CMD 3500", "CMD 3600" und CMD 3700", erhältlich von Radcure Specialties, ein.
Ethylenisch ungesättigte Harze schließen sowohl monomere als auch polymere Verbindungen ein, die Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoff und gegebenenfalls Stickstoff- und die Halogenatome enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide sind im allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffresten vorhanden. Ethylenisch ungesättigte Verbindungen haben bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4.000 und sind bevorzugt Ester, die durch die Umsetzung von Verbindungen, die aliphatische Monohyxdroxyreste oder aliphatische Polyhydroxyreste enthalten, und ungesättigten Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen, hergestellt sind. Typische Beispiele für Acrylatharze schließen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Vinyltoluol, Ethylen glycoldiacrylat, Ethylenglycolmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritolmethacrylat und Pentaerythritoltetraacrylat ein. Andere ethylenisch ungesättigten Harze schließen Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und -amide von Carbonsäuren, wie Diallylphthallat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid, ein. Noch andere stickstoffhaltige Verbindungen schließen Tris(2-acryloyloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylpiperidon ein.
Die Aminoplastharze haben mindestens eine α-, β-ungesättigte Carbonylseitengruppe pro Molekül oder Oligomer. Diese ungesättigten Carbonylreste können Reste vom Acrylat-, Methacrylat- oder Acrylamidtyp sein. Beispiele für solche Materialien schließen N-Hydroxymethylacrylamid, N,N'-Oxydimethylen-bisacrylamid, o-, und p-acrylamidomethyliertes Phenol, acrylamidomethylierter Phenolnovolak und Kombinationen davon ein. Beispiele für diese Materialien sind in US-Patent Nr. 4,903,440 (Larson et al.) und US-Patent Nr. 5,236,472 (Kirk et al.) angeführt.
Isocyanuratderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe und Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe sind z. B. noch in US-Patent Nr. 4,652,274 (Boettcher et al.) beschrieben. Das bevorzugte Isocyanurat-Material ist ein Triacrylat vom Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
Epoxidharze weisen einen Oxiranring auf und werden durch die Ringöffnung polymerisiert. Solche Epoxidharze schließen monomere Epoxidharze und oligomere Epoxidharze ein. Beispiele für einige bevorzugte Epoxidharze schließen 2,2-Bis[4-2,3-epoxypropoxy)phenylpropan](Bisphenol A-diglycidylether) und unter der Handelsbezeichnung "EPON 828", "EPON 1004" und "EPON 1001F" von der Shell Chemical Co., "DER-331", "DER-332" und "DER-334" von der Dow Chemical Co. im Handel erhältliche Materialien ein. Andere geeignete Epoxidharze schließen Glycidylether von Phenol-Formaldehyd- Novolak (z. B. "DEN-431" und "DEN-428", erhältlich von der Dow Chemical Co.) ein.
Die Epoxidharze der Erfindung können über einen kationischen Mechanismus unter Zugabe eines passenden kationischen Härtungsmittels polymerisieren. Kationische Härtungsmittel erzeugen eine saure Quelle, durch die Polymerisation eines Epoxidharzes initiiert wird. Diese kationischen Härtungsmittel können ein Salz, das ein Oniumkation und ein halogenhaltiges Komplexanion eines Metalls oder Metalloids aufweist, einschließen. Andere kationische Härtungsmittel schließen ein Salz, das ein Organometallkomplexkation und ein halogenhaltiges Komplexanion eines Metalls oder Metalloids aufweist, ein, welche in US-Patent Nr. 4,751,138 (Tumey et al.) (Spalte 6, Zeile 65 bis Spalte 9, Zeile 45) noch beschrieben sind. Ein weiteres Beispiel für ein Organometallsalz und ein Oniumsalz ist in US-Patent Nr. 4,985,340 (Palazzotto) (Spalte 4, Zeile 65 bis Spalte 14, Zeile 50); Europäische Patentanmeldungen Nr. 306,161 und 306,162 beschrieben. Noch andere kationische Härtungsmittel schließen ein ionisches Salz eines Organometallkomplexes ein, welches in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 109,851 beschrieben ist und in welchem das Metall ausgewählt ist aus den Elementen der Gruppe IVb, Vb, VIb, VIIb und VIIb des Periodensystems.
Was die radikalisch härtenden Harze betrifft, so ist es in einigen Fällen bevorzugt, daß die Schleifaufschlämmung ferner ein radikalisches Härtungsmittel umfaßt. Im Falle einer Elektronenstrahl-Energiequelle, ist das Härtungsmittel jedoch nicht immer erforderlich, da der Elektronenstrahl selbst freie Radikale erzeugt.
Beispiele für thermische Radikalketteninitiatoren schließen Peroxide, z. B. Benzoylperoxid, Azoverbindungen, Benzophenone und Chinone ein. Ist die Strahlungsquelle UV- oder sichtbares Licht, wird dieses Härtungsmittel manchmal als ein Photoinitiator bezeichnet. Beispiele für Initiatoren, die eine Quelle für freie Radikale erzeugen, wenn sie UV- Licht ausgesetzt werden, schließen solche ein, die ausgewählt sind aus organischen Peroxiden, Azoverbindungen, Chinonen, Benzophenonen, Nitrosoverbindungen, Acrylhalogeniden, Hydrazonen, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Triacrylimidazolen, Bisimidazolen, Chloralkyltriazinen, Benzoinethern, Benzilketalen, Thioxanthonen und Acetophenonderivaten und Gemischen davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für Initiatoren, die eine Quelle für freie Radikale erzeugen, wenn sie sichtbarer Strahlung ausgesetzt werden, sind in US-Patent Nr. 4,735,632 (Oxman et al.), mit dem Titel "Coated Abrasive Binder Containing Ternary Photoinitiator System" zu finden. Der bevorzugte Initiator für die Verwendung mit sichtbarem Licht ist "IRGACURE 369", im Handel erhältlich von der Ciba Geigy Corporation.
Die Gewichtsverhältnisse zwischen den Schleifteilchen und dem Bindemittel können im Bereich von 5 bis 95 Teilen Schleifteilchen zu 5 bis 95 Teilen Bindemittel, typischer 50 bis 90 Teilen Schleifteilchen zu 10 bis 50 Teilen Bindemittel liegen.

c. Zusatzstoffe

Die Schleifaufschlämmung kann ferner fakultative Zusatzstoffe, wie z. B. Füllstoffe (einschließlich Schleifhilfsmitteln), Fasern, Gleitmittel, Netzmittel, thixotrope Materialien, grenzflächenaktive Substanzen, Pigmente, Farbstoffe, Antistatikmittel, Haftmittel, Weichmacher und Suspensionsmittel umfassen. Die Mengen dieser Materialien werden so gewählt, daß die gewünschten Eigenschaften bereitgestellt werden. Ihre Verwendung kann die Erodierbarkeit der Schleifverbundwerkstoffe beeinflussen. In einigen Fällen wird absichtlich ein Zusatzstoff zugegeben, um den Schleifverbundwerkstoff erodierbarer zu machen, wodurch abgestumpfte Schleifteilchen ausgetrieben und neue Schleifteilchen freigelegt werden.
Beispiele für verwendbare Füllstoffe für diese Erfindung schließen Metallcarbonate, wie Calciumcarbonat-Materialien, einschließlich Kalk, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor, Kalkstein, Calciummagnesiumcarbonat; Natriumcarbonat; Magnesiumcarbonat; Siliciumdioxidmateralien, wie Quarz, Glaskügelchen, Glasblasen und Glasfasern; Silicate, wie Talk, Ton, Montmorillonit, Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumalumosilicat, Natriumsilicat; Metallsulfate, wie Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat; Gips; Vermiculit; Holzmehl; Aluminiumtrihydrat; Ruß; Metalloxide, wie Calciumoxid, Kalk, Aluminiumoxid, Titanoxid und Metallsulfite, wie Calciumsulfit, ein.
Der Begriff Füllstoff umfaßt auch Materialien, die in der Schleifmittelindustrie als Schleifhilfsmittel bekannt sind. Ein Schleifhilfsmittel ist definiert als Feststoffmaterial, dessen Zugabe eine deutliche Wirkung auf die chemischen und physikalischen Schleifvorgänge hat, was eine bessere Leistung ergibt. Beispiele für chemische Gruppen von Schleifhilfsmitteln schließen Wachse, organische Halogenidverbindungen, Halogenidsalze und Metalle und deren Legierungen ein. Die organischen Halogenidverbindungen zersetzen sich beim Schleifen und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung frei. Beispiele für solche Materialien schließen chlorierte Wachse, wie Tetrachlornaphthalen, Pentachlornaphthalen und Polyvinylchlorid ein. Beispiele für Halogenidsalze schließen Natriumchlorid, Kaliumkryolit, Natriumkryolit, Ammoniumkryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid ein. Beispiele für Metalle schließen Zinn, Blei, Wismut, Cobalt, Antimon, Cadmium, Eisen und Titan ein. Andere diverse Schleifhilfsmittel schließen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit und Metallsulfide ein.
Beispiele für Antistatikmittel schließen Graphit, Ruß, Vanadiumoxid, Feuchthaltemittel und dergleichen ein. Diese Antistatikmittel sind in den US-Patenten Nr. 5,061,294 (Harmer et al.), 5,137,542 (Buchanan et al.) und 5,203,884 (Buchanan et al.) offenbart.
Ein Haftmittel kann eine Assoziationsbrücke zwischen der Bindemittelvorstufe und den Füllstoffteilchen oder Schleifteilchen herstellen. Beispiele für Haftmittel schließen Silane, Titanate und Zirconiumaluminate ein. Die Schleifaufschlämmung enthält bevorzugt zwischen etwa 0,01 bis 3 Gew.-% Haftmittel.
Ein Beispiel für ein Suspendierungsmittel ist ein amorpher Siliciumoxidfeststoff mit einer Oberfläche von weniger als 150 m²/g, welcher im Handel unter dem Handelsnamen "OX-50" von der Degussa Corp. erhältlich ist.

Form der Schleifverbundwerkstoffe

Jeder einzelne Schleifverbundwerkstoff weist eine präzise Form auf, mit der er in Verbindung gebracht wird, auf. Die präzise Form wird abgegrenzt durch eine deutliche und erkennbare Grenze, diese Begriffe sind vorstehend definiert. Diese deutlichen und erkennbaren Grenzen sind leicht erkennbar und klar, wenn der Schleifartikel der Erfindung unter einem Mikroskop, wie einem Rasterelektronenmikroskop untersucht wird, was z. B. in Fig. 3 dargestellt ist. Die deutlichen und erkennbaren Grenzen jedes Schleifverbundwerkstoffs bilden den Umriß oder die Kontur der präzisen Formen der vorliegenden Erfindung. Diese Grenzen trennen und unterscheiden einen einzelnen Schleifverbundwerkstoff vom anderen.
Im Vergleich dazu sind bei einem Schleifverbundwerkstoff, der keine präzise Form aufweist, die Grenzen und Kanten nicht eindeutig, z. B. wenn der Schleifverbundwerkstoff verläuft, bevor er vollständig gehärtet ist. Deshalb bezieht sich der Ausdruck "präzise geformt" oder dergleichen, wie er hier bei der Beschreibung der Schleifverbundwerkstoffe verwendet wird, auch auf Schleifverbundwerkstoffe, die eine Form aufweisen, die durch Härten oder zumindest teilweises Härten oder Trocknen oder teilweises Trocknen des härtbaren Bindemittels eines fließfähigen Gemisches aus Schleifteilchen und härtbarem Bindemittel erzeugt wird, während das Gemisch sowohl auf einer Unterlage getragen wird als auch eine Vertiefung auf der Oberfläche eines Fertigungwerkzeuges füllt. Ein solcher präzise geformter Schleifverbundwerkstoff weist deshalb genau die gleiche geometrische Form auf, wie die Vertiefung.
Mehrere solcher Verbundwerkstoffe stellen dreidimensionale Formen bereit, die aus der Oberfläche der Unterlage hervortreten, und zwar in einem Muster, das zu dem durch das Fertigungswerkzeug vorgelegten invers ist. Jeder Verbundwerkstoff ist durch eine eindeutige Grenze oder einen Umfang begrenzt, wobei der Grundflächenteil der Grenze die Berührungsfläche mit der Unterlage ist, auf welche der präzise geformte Verbundwerkstoff geklebt ist. Der restliche Teil der Grenze ist als die inverse Form der Vertiefung in der Oberfläche des Fertigungswerkzeuges, in welchem der Verbundwerkstoff gehärtet wird, definiert. Die gesamte äußere Oberfläche des Verbundwerkstoffs ist bei seiner Erzeugung durch die beiden, die Unterlage und die Vertiefung, eingeschlossen. Geeignete Verfahren und Techniken zur Herstellung präzise geformter Verbundwerkstoffe sind z. B. in US-Patent Nr. 5,152,917. (Pieper et al.) offenbart.
In einer Oberfläche eines Matrizenwerkzeuges kann, z. B. durch Gravieren mit aufeinanderpassenden Walzen, eine Anordnung von Vorsprüngen erzeugt werden, von welchem Matrizenwerkzeug ein Fertigungswerkzeug mit einer Anordnung von Vertiefungsformen, die zu der Form der vorher festgelegten Anordnung von Schleifverbundwerkstoffformen invers ist, hergestellt wird, das seinerseits eine hier beschriebene Schleifaufschlämmung aufnehmen und formen kann.
Von der z. B. in US-Patent Nr. 5,152,917 (Pieper et al.) offenbarten Matrize kann auch ein flexibles Kunststoffertigungswerkzeug erzeugt werden. In Folge dessen weist das Kunststoffertigungswerkzeug eine Oberfläche auf, die Vertiefungen einschließt, die die inverse Form der damit zu erzeugenden Schleifverbundwerkstoffe haben. Beispielhafte Verfahren zur Herstellung der Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform könnte das Fertigungswerkzeug direkt durch Laserabtragung von Vertiefungen aus einer Metall- oder Kunststoffoberfläche hergestellt werden, wobei die Vertiefungen die den Endformen der Schleifverbundwerkstoffe entsprechend inversen Formen aufweisen. Diese durch den Laser fassonierte Metall- oder Kunststoffoberfläche kann dazu verwendet werden, eine Schleifaufschlämmung zu der gewünschten Anordnung von Schleifverbundwerkstofformen zu formen. Die Vertiefungen in dem Fertigungswerkzeug formen die Schleifaufschlämmung bis sie zu einem Punkt härtet und sich verfestigt, an dem sie die Form halten und von dem Fertigungswerkzeug abgetrennt werden kann.
Die Schleifverbundwerkstofform dieser Erfindung kann eine beliebige günstige Form sein. Die Form kann eine dreidimensionale geometrische Form sein, wie eine Kegelstumpfform (abgestumpfter Kegel - flache Spitze), eine Kegelstumpfform mit abgerundetem, halbkugelförmigem oder kuppelförmigem äußeren Ende, eine Kegelstumpfform (abgestumpfter Kegel) der an seinem äußeren Ende in einer zweiten kleineren Kegelform endet, eine Würfelform, Prismenform (z. B. dreiseitig, vierseitig, sechsseitig usw.), Kegelform, Zylinderform, Pyramidenform, abgestumpfte Pyramidenform (flaches oberes Ende) und dergleichen. Die geometrische Form benachbarter Schleifverbundwerkstoffe kann unterschiedlich sein, z. B. kegelstumpfförmig neben abgestumpft pyramidenförmig. Diese geometrischen Formen können die Querschnittsform eines Kreises, Dreiecks, Quadrates, Rhombus', Fünfecks, Sechsecks, Ovals, Achtecks oder anderer Polygone aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung, werden die Formen der Schleifverbundwerkstoffe alle mit dem gleichen Gesamthöhenwert, gemessen von der Unterlage, in einem Bereich von etwa 50 um bis etwa 1.020 um bereitgestellt. In diesem Fall schneidet die parallel zur Hauptoberfläche der Unterlage gezogene Ebene, geltend für alle Abstände der Ebene, die gleich bzw. geringer sind als der Gesamthöhenwert der Verbundwerkstoffe, alle Schleifverbundwerkstoffe in Punkten an deren distalen Enden oder Querschnittsscheiben. Es ist jedoch möglich, die Höhen der Schleifverbundwerkstoffe zu variieren. In diesem Fall schneidet die Ebene, die parallel zur Hauptoberfläche der Unterlage in einer Höhe, die gleich oder geringer ist als der kürzeste Höhenwert der Verbundwerkstoffe, gezogen wird, die Verbundwerkstoffe, die größer sind als das (die) kürzeste(n) Verbundwerkstoff(e) in Querschnitte anstelle im wesentlichen an Punkten, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Zur richtigen Definition der Erfindung ist es erwünscht, daß die parallel zur Hauptoberfläche gezogene Ebene 114 sich in einer Höhe befindet, die gleich oder, in einer anderen Ausführungsform, gleich oder geringer ist als der (die) kürzeste(n) Verbundwerkstoff(e).
Es liegt auch im Bereich der Erfindung, eine Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen zu verwenden, die an ihren Grundflächenseiten unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Im allgemeinen sind 5 einzelne Schleifverbundwerkstoffe pro cm² vorhanden. In einigen Fällen können es mindestens etwa 100 einzelne Schleifverbundwerkstoffe/cm² sein. Stärker bevorzugt werden etwa 500 bis 10.000 Schleifverbundwerkstoffe/cm² bereitgestellt. Es gibt keine betriebsbedingte obere Grenze für die Dichte der Schleifverbundwerkstoffe, obwohl es von einem praktischen Standpunkt aus gesehen, ab einem bestimmten Punkt nicht mehr möglich ist, die Dichte der Vertiefungen zu erhöhen und/oder präzise geformte Vertiefungen in der Oberfläche des zur Herstellung der Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen verwendeten Fertigungswerkzeuges zu erzeugen. Was die untere Grenze betrifft, so müssen genug Schleifverbundwerkstoffe verwendet werden, um eine Anordnung zu erzeugen, die den vorstehend dargelegten grundlegenden Erfordernissen der Erfindung genügt und eine ausreichende Schleifwirkung bereitstellt.
Was die Konstruktion der Schleifverbundwerkstoffe an sich betrifft und wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, weist der Schleifverbundwerkstoff 15 eine Grenze 18 auf. Die Grenze oder Grenzen, die mit der Form in Zusammenhang stehen, machen einen Schleifverbundwerkstoff von einem benachbarten Schleifverbundwerkstoff 19 unterscheidbar. Obwohl es in Fig. 1 nicht dargestellt ist, können die Grundflächenteile der Schleifverbundwerkstoffe in der Anordnung an einen benachbarten Schleifverbundwerkstoff anstoßen oder mit einem verbunden sein.
Bezugnehmend auf Fig. 2 umfaßt der Schleifartikel der Erfindung einen Träger 26 und mehrere übereinanderliegende Schichten, die mehrere Schleifverbundwerkstoffe 21 tragen. Auch diese Schleifverbundwerkstoffe umfassen jeweils mehrere Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Die Schleifverbundwerkstoffe 21 sind typischerweise auf eine Hauptoberfläche 25 einer kontinuierlichen Bodenschicht 27 aus dem Schleifverbundwerkstoffmaterial gebunden, die sich unterhalb und zwischen den Schleifverbundwerkstoffen erstreckt. Daher ist es bevorzugt, daß der Träger durchgehend mit den Schleifverbundwerkstoffen und Bodenschicht bedeckt ist, d. h. der Träger nicht freigelegt ist. Die Schleifverbundwerkstoffe und der Boden 27 werden gleichzeitig aus derselben Schleifaufschlämmung erzeugt, wenn sie mit den hier beschriebenen Fertigungswerkzeugen und Verfahren auf einen Träger aufgetragen wird. Infolgedessen verschmelzen die dreidimensionalen Schleifverbundwerkstoffstrukturen 21 mit der gemeinsamen monolithischen Basisschicht oder dem Boden 27, wobei sie an ihren Unterkanten Banden 29 ausbilden. Deshalb ist die Hauptoberfläche des Bodens 27 (und Schleifartikels 20) gleichflächig mit dem äußeren freigelegten Oberflächengebiet von Boden 27, das sich zwischen den dreidimensionalen Schleifverbundwerkstoffen 21 erstreckt. Die hier angegebenen Höhen der Verbundwerkstoffe werden ausgehend von dieser Hauptoberfläche gemessen. Der Boden hat im allgemeinen eine senkrechte Dicke über dem Träger 26 (oder Träger 26 plus Grundierschicht 24) von nicht mehr als 50%, bevorzugt zwischen 1 und 25% der senkrechten Höhe H der Schleifverbundwerkstoffe. Typischerweise beträgt die Dicke des Bodens 27 weniger als etwa 10 um, wobei die Höhe H der Schleifverbundwerkstoffe zwischen 50 und 1.020 um liegt.
Wie in Fig. 2 zu Erläuterungszwecken veranschaulicht ist, sind die Schleifverbundwerkstoffe A, B und C des Schleifartikels 20 Vertreter verschiedener geometrischer Formen innerhalb des Bereiches der Erfindung, dargestellt in einer Stirnseitenansicht. Jede Form schließt einen kegelstumpfförmigen Teil (abgestumpfter Kegel) ein, der an seinem unteren Ende 22 auf einer Hauptoberfläche 25 befestigt ist.
Auf den Träger 26 kann, bevor die Schleifverbundwerkstoffe darauf erzeugt werden, eine fakultative Harzvorleimschicht 24, wie ein Phenol-Latex-Gemisch, aufgetragen werden, um einige physikalische Eigenschaften des Trägers zu modifizieren, was die Verbesserung der Haftung zwischen den Schleifverbundwerkstoffen und dem Träger einschließt. Der Kegelstumpfteil 28 der Verbundwerkstoffe weist ab der Querschnittsfläche zu dem äußeren zweiten geometrischen Teil 23 der Verbundwerkstofform eine im wesentlichen symmetrische Konizität auf, wobei die Teile 23 und 28 durch die gedachte Linie 28' geteilt werden. In Fig. 2 ist der äußere Teil 23 der Verbundwerkstofform A als eine konvex abgerundete oder Halbkugelform dargestellt.
Die Gesamtform von Verbundwerkstoff A kann als eine sogenannte "Gummitropfen"-Form charakterisiert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung haben alle Schleifverbundwerkstoffe die geometrische Gesamtform von Verbundwerkstoff A. Verbundwerkstoff B zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der abgerundete Teil 23 konkav ist, wie durch die verdeckte schraffierte Linie 23' dargestellt ist. Verbundwerkstoff C ist eine kegelstumpfförmige Ausführungsform der Erfindung ohne abgerundete Spitze. Die Verbundwerkstoffe der Form A können z. B. durch die hier beschriebenen Verfahren erzeugt werden, und die äußeren abgerundeten Teile des Schleifartikels können dann abgeschliffen (dressiert) werden, wodurch abgestumpfte Kegel mit flacher Spitze zurückbehalten werden.
Der Winkel a der Seitenwände des Kegelstumpfteils 21 ist definiert als der Winkel zwischen den Seitenwänden und der Hauptoberfläche 25. Der Winkel a kann in jedem der Verbundwerkstoffe A, B und C in einem Bereich von etwa 30º bis 90º liegen. Kleinere a-Werte können die Schleifleistung verringern, da die dreidimensionale Form des Verbundwerkstoffs abgeflachter ist. Kommt a den 90º sehr nahe oder wird er 90º, ändert sich die Form der unteren Teile 28 der Formen von einer Kegelstumpf- zu einer pfahlähnlichen Form. In einer spezielleren Ausführungsform werden a-Werte von 65º bis 75º verwendet. Die Höhe h&sub2; des Kegelstumpfteils entspricht im allgemeinen auch etwa 50-95% der senkrechten Gesamthöhe H der Form, wobei bei den Verbundwerkstoffen A und B ein abgerun deter Teil 23 mit einer senkrechten Höhe h&sub1; bereitgestellt wird. In einer besonderen Ausführungsform kann die Höhe h&sub2; etwa 80% der Gesamthöhe H der Verbundwerkstoffe A oder B entsprechen.
Auch hier soll davon ausgegangen werden, daß die abgerundete Form des Teils 23 am äußeren Ende der Verbundwerkstoffe weggelassen werden kann, wodurch ein Kegelstumpf mit flachem Ende zurückzubehalten wird, oder als eine Vertiefung nach innen passoniert (konkav) werden kann in das Volumen des Kegelstumpfteils hinein, wodurch eine insgesamt vulkanartige Form erzeugt wird, als Alternative zu der Form, die konvex nach außen hin vom Volumen des Kegelstumpfteils des Verbundwerkstoffs verläuft. Die konkave Vertiefung kann während des hier beschriebenen Matrizenfertigungsverfahrens erzeugt werden.
Obwohl es in der Regel hinreichend ist, in der Ausführung der Erfindung konvex abgerundete distale Enden zu verwenden, müssen Fälle in Betracht gezogen werden, wo es zur Bereitstellung einer erhöhten Anfangsschnittfähigkeit erwünscht ist, daß die Spitzen der Verbundwerkstoffe schneller abbrechen. In solchen Fällen können die konkav oder nach innen geformten distalen Enden nützlich sein. Die Breite und Höhe der Verbundwerkstoffformen können so eingestellt werden, daß die gewünschte Schnittgeschwindigkeit bereitgestellt wird.
Im allgemeinen stellt diese Anordnung von Schleifverbundwerkstoffen einen Schleifartikel bereit, der eine relativ hohe Schnittgeschwindigkeit aufweist, eine große Lebensdauer hat, aber auch eine relativ feine Oberflächenbeschaffenheit auf dem Werkstück, welches abgeschliffen wird, ergibt, bei minimaler Kratzererzeugung. Außerdem ist bei dieser Anzahl von Schleifverbundwerkstoffen die Einheitskraft pro Schleifverbundwerkstoff relativ gering. In einigen Fällen kann dies ein besseres, einheitlicheres Brechen der Schleifverbundwerkstoffe ergeben.
Es liegt auch im Bereich dieser Erfindung, wenn eine Kombination von auf eine Unterlage gebundenen Schleifverbundwerkstoffen vorliegt, bei welcher einige benachbarte Schleifverbundwerkstoffe anstoßen, während andere benachbarte Schleifverbundwerkstoffe freie Räume zwischen sich haben, solange das grundlegende Erfordernis erfüllt wird, hinsichtlich dessen daß es nicht möglich ist, in einer Richtung(en), in der (denen) der Schleifartikel bei der Nutzung gebraucht werden soll, innerhalb einer sich in einem Abstand parallel zur Hauptoberfläche befindlichen gedachten Eben, die das kürzeste distale Ende der Verbundwerkstoffe schneidet, eine Linie durch die Anordnung der Verbundwerkstoffe zu ziehen, die mindestens einen Querschnitt der Schleifverbundwerkstoffe in einer solch gedachten Ebene nicht schneidet.

Verfahren zur Herstellung des Schleifsesenstandes

Obwohl weitere Einzelheiten hier später bei den Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes der Erfindung beschrieben werden, ist der erste Schritt bei der Herstellung des Schleifartikels im allgemeinen die Herstellung einer Schleifaufschlämmung. Die Schleifaufschlämmung wird hergestellt, indem die Bindemittelvorstufe, die Schleifteilchen und die fakultativen Zusatzstoffe durch ein beliebiges geeignetes Mischverfahren zusammengebracht werden. Beispiele für Mischverfahren schließen das Mischen mit geringer und hoher Scherbeanspruchung ein, wobei das Mischen mit hoher Scherbeanspruchung bevorzugt ist. In Kombination mit dem Mischschritt kann auch Ultraschallenergie genutzt werden, um die Viskosität der Schleifaufschlämmung zu verringern. Typischerweise werden die Schleifteilchen schrittweise zu der Bindemittelvorstufe gegeben. Die Menge an Luftblasen in der Schleifaufschlämmung kann minimiert werden, indem während des Mischungsschrittes ein Vakuum gezogen wird, z. B. unter Verwendung herkömmlicher vakuumunterstützter Verfahren und Ausrüstungen.
In einigen Fällen ist es bevorzugt die Schleifaufschlämmung zu erwärmen, um die Viskosität der Schleifaufschlämmung zu verringern, im allgemeinen auf eine Temperatur im Bereich von 30ºC bis 70ºC. Es ist wichtig, daß die Schleifaufschlämmung ein Fließverhalten aufweist, das eine gute Beschichtung ermöglicht und bei welchem die Schleifteilchen und andere Füllstoffe sich nicht absetzen.
Wird eine wärmehärtbare Bindemittelvorstufe verwendet, kann die Energiequelle für das Härten der Bindemittelvorstufe thermische Energie oder Strahlungsenergie sein, was von der Chemie der Bindemittelvorstufe abhängig ist. Wird eine thermoplastische Bindemittelvorstufe verwendet, wird der Thermoplast gekühlt, so daß er sich verfestigt und der Schleifverbundwerkstoff erzeugt wird. Andere ausführlichere Aspekte (des) der Verfahren(s) zur Herstellung des Schleifartikels der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Fertigungswerkzeug

Das Fertigungswerkzeug enthält mehrere Vertiefungen. Diese Vertiefungen weisen im wesentlichen die inverse Form der gewünschten Schleifverbundwerkstoffe auf und sind verantwortlich für die Erzeugung der Form der Schleifverbundwerkstoffe. Die Größen der Vertiefungen werden so gewählt, daß die gewünschte Form und die gewünschten Größen der Schleifverbundwerkstoffe bereitgestellt werden. Werden die Form oder die Größen der Vertiefungen nicht richtig angefertigt, stellt das erhaltene Fertigungswerkzeug nicht die für die Schleifverbundwerkstoffe gewünschten Größen bereit.
Die Vertiefungen können, wie in Fig. 4 dargestellt, in einem punktartigen Muster mit Abständen zwischen benachbarten Vertiefungen vorliegen oder die Vertiefungen können an ihren Mündungsteilen aneinander anstoßen; obwohl die Vertiefungen in dieser Erfindung räumlich so angeordnet sein müssen, daß die distalen Enden der durch diese Vertiefungen erzeugten Verbundwerkstoffe frei und mit keinem verbunden sind.
Das Fertigungswerkzeug kann ein Band, eine Folie, eine Endlosfolie oder -gewebe, eine Beschichtungswalze, wie eine Rotationstiefdruckwalze, eine auf eine Beschichtungswalze montierte Manschette oder eine Prägestanze sein, das Fertigungswerkzeug kann aus Metall (z. B. Nickel), Metallegierungen (z. B. Nickellegierungen), Kunststoff (z. B. Polypropylen, ein Acrylkunststoff) oder einem beliebigen anderen einfach formbaren Material bestehen.
Das thermoplastische Fertigungswerkzeug kann durch Replikation eines Matrizenwerkzeuges in Form einer Metallwalze hergestellt werden. Die Metallmatrizenwalze weist eine Oberflächentopographie auf, die das inverse Muster zu dem für das Fertigungswerkzeug gewünschten ist. Die Metallmatrize kann durch bekannte Gravurbearbeitungsverfahren mit aufeinanderpassenden Walzen, Rändeln und Diamantdrechseln hergestellt werden. Im Falle der Verwendung einer Metallmatrizenwalze kann ein thermoplastisches Folienmaterial erwärmt werden, gegebenenfalls auch zusammen mit der Metallmatrize, so daß das thermoplastische Material mit dem durch die Metallmatrize vorgelegten Oberflächenmuster geprägt wird, indem die zwei Oberflächen zusammengepreßt werden. Der Thermoplast kann auch auf die Metallmatrize extrudiert oder gegossen werden. Das thermoplastische Material wird abgekühlt, wodurch es sich verfestigt und das Fertigungswerkzeug hergestellt wird. Beispiele für bevorzugte thermoplastische Fertigungswerkzeugmaterialien schließen Polyester, Polycarbonate, Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen und Kombinationen davon ein.
Bei Verwendung eines thermoplastischen Fertigungswerkzeuges muß darauf geachtet werden, daß, besonders während der Verfestigung oder Härtung der Bindemittelvorstufe in dem Schleifaufschlämmungsschritt, keine übermäßige Wärme erzeugt wird, die das thermoplastische Fertigungswerkzeug verformen kann.
Das Fertigungswerkzeug kann auch gegossen werden, indem Polymerharz auf die Trommel extrudiert wird, das Extrudat zwischen einer Preßwalze und der Trommel hindurchgeführt wird und das Extrudat dann abgekühlt wird, wodurch das Fertigungswerkzeug in Folienform erzeugt wird, welches eine Anordnung von Vertiefungen aufweist, die auf seiner Oberfläche zu den durch das Matritzenwerkzeug vorgelegten Oberflächenvorsprüngen entsprechend invers erzeugt wurden. Dieses Verfahren kann kontinuierlich ausgeführt werden, wodurch ein polymers Werkzeug jeder gewünschten Länge hergestellt wird.
In einem anderen Aspekt der Erfindung können die Schleifverbundwerkstoffe in einem Fertigungswerkzeug erzeugt werden, wie es hier beschrieben ist, wobei die Verbundwerkstoffe in Form einzelner Verbundwerkstofformen aus den Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges freigelegt und diese losen Verbundwerkstofformen auf eine Unterlage aufgebracht und durch eine Bindemittelschicht gebunden werden.

Energiequellen

Umfaßt die Schleifaufschlämmung eine wärmehärtbare Bindemittelvorstufe, wird die Bindemittelvorstufe gehärtet oder polymerisiert. Diese Polymerisation wird im allgemeinen durch Einwirkung einer Energiequelle initiiert. Beispiele für Energiequellen schließen thermische Energie und Strahlungsenergie ein. Die Energiemenge hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Chemie der Bindemittelvorstufe, der Größe der Schleifaufschlämmung, der Menge und dem Typ von Schleifteilchen und der Menge und dem Typ von fakultativen Zusatzstoffen. Bei thermischer Energie kann die Temperatur im Bereich von etwa 30 bis 150ºC, im allgemeinen zwischen 40 und 120ºC liegen. Die Zeit kann im Bereich von etwa 5 min bis über 24 h liegen. Die Strahlungsenergiequellen schließen den Elektronenstrahl, UV-Licht oder sichtbares Licht ein. Elektronenstrahl-Strahlung, welche auch als ionisierende Strahlung bekannt ist, kann mit einer Dosis von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, bevorzugt mit einer Dosis von etwa 1 bis etwa 10 Mrad verwendet werden. Ultraviolette Strahlung bezieht sich auf teilchenlose Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 nm, bevorzugt im Bereich von etwa 250 bis 400 nm. Es werden bevorzugt UV-Lampen verwendet, die mit 300 bis 600 Watt/Inch (120-240 Watt/cm) arbeiten. Sichtbare Strahlung bezieht sich auf teilchenlose Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 nm, bevorzugt im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 nm. Es werden bevorzugt sichtbares Licht ausstrahlende Lampen verwendet, die bei 300 bis 600 Watt/Inch (120-240 Watt/cm) arbeiten.
Ein Verfahren zur Herstellung des Schleifartikels der Erfindung ist in Fig. 9 veranschaulicht. Der Träger 41 verläßt eine Abrollstation 45 und gleichzeitig verläßt das Fertigungswerkzeug 46 eine Abrollstation 45. Die in der oberen Oberfläche des Fertigungswerkzeuges 46 erzeugten Vertiefungen (nicht dargestellt) werden mittels einer Beschichtungsstation 44 mit einer Schleifaufschlämmung beschichtet und gefüllt. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtungsstation versetzt werden, um die Aufschlämmung vor dem Erreichen der Trommel 43 auf den Träger 41 anstatt auf das Fertigungswerkzeug aufzutragen, wobei sich die gleichen nachstehend beschriebenen Folgeschritte anschließen, wie sie für die Beschichtung des Fertigungswerkzeuges verwendet werden. Bei beiden Wegen ist es möglich, die Schleifaufschlämmung vor der Beschichtung, durch Mittel, die nicht dargestellt sind, zu erwärmen und/oder die Aufschlämmung mit Ultraschall zu behandeln, um die Viskosität zu verringern. Die Beschichtungsstation kann ein beliebiges herkömmliches günstiges Beschichtungsmittel sein, wie ein Gußbeschichter, Rakelstreicher, Florstreicher, Vakuumbeschichter oder Schmelzbeschichter. Während der Beschichtung sollte die Bildung von Luftblasen minimiert werden. Ein geeignetes Beschichtungsverfahren verwendet einen Vakuumbeschichter, der von einem bekannten Typ sein kann, wie er zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 3,594,865, 4,959,265 und 5,077,870 beschrieben ist. Nachdem das Fertigungswerkzeug beschichtet ist, werden der Träger und die Schleifaufschlämmung durch ein beliebiges Mittel in Kontakt gebracht so daß die Schleifaufschlämmung die Vorderseitenoberfläche des Trägers benetzt. In Fig. 9 wird die Schleifaufschlämmung mit des Trägers mittels einer Kontaktandruckwalze 47 in Kontakt gebracht, wobei die Kontaktandruckwalze 47 die erhaltene Konstruktion gegen die Trägertrommel 43 drückt.
Als nächstes wird eine beliebige günstige Form von Energie 48, die Härtung oder mindestens teilweisen Härtung der Bindemittelvorstufe ausreichend ist, in die Schleifaufschlämmung übertragen. Der Ausdruck "partiell härten" bedeutet, daß die Bindemittelvorstufe bis zu einem Zustand polymerisiert wird, daß die Schleifaufschlämmung nicht von einem eingetauchten Prüfrohr fließt. Die Bindemittelvorstufe kann durch eine beliebige Energiequelle vollständig gehärtet werden, sobald sie von dem Fertigungswerkzeug entfernt ist. Das Fertigungswerkzeug wird auf die Spindel 49 aufgewickelt, so daß das Fertigungswerkzeug wiederverwendet werden kann. Außerdem wird der Schleifartikel 120 auf die Spindel 121 aufgewickelt. Ist die Bindemittelvorstufe nicht vollständig gehärtet, kann die Bindemittelvorstufe dann entweder durch Zeit und/oder Einwirkung einer Strahlungs quelle vollständig gehärtet werden. Wo es günstig ist, werden andere Führungswalzen werden verwendet, die als Walzen 40 bezeichnet sind.
Bei diesem ersten Verfahren ist es bevorzugt, das die Bindemittelvorstufe durch Strahlungsenergie gehärtet wird. Wenn das Fertigungswerkzeug oder der Träger die Strahlungsenergie nicht nennenswert absorbieren, kann die Strahlungsenergie zur Bestrahlung der Schleifaufschlämmung durch ein transparentes Fertigungswerkzeug oder einen transparenten Träger übertragen werden. Außerdem sollte die Strahlungsquelle das Fertigungswerkzeug nicht nennenswert abbauen. Bevorzugt wird ein thermoplastisches Fertigungswerkzeug und UV- oder sichtbares Licht verwendet.
Wie vorstehend erwähnt, kann die Schleifaufschlämmung in einer Variation dieses ersten Verfahrens auf den Träger und nicht in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges geschichtet werden. Der mit der Schleifaufschlämmung beschichtete Träger wird dann mit dem Fertigungswerkzeug in Kontakt gebracht, so daß die Schleifaufschlämmung in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges fließt. Die restlichen Schritte zur Herstellung des Schleifartikels sind dieselben, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben sind.
Es gibt auch ein zweites Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes. Das Fertigungswerkzeug wird auf der Außenfläche einer Trommel bereitgestellt, z. B. als eine Manschette, die in Form einer gesonderten Folie (z. B. eine heißgeschrumpfte Nickelform) in einer beliebigen günstigen Art und Weise um den Kreisumfang einer Trommel befestigt wird. Ein Träger verläßt eine Abrollstation und die Schleifaufschlämmung wird mittels einer Beschichtungsstation in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges geschichtet. Die Schleifaufschlämmung kann durch ein beliebiges Verfahren, wie mit einem Gußbeschichter, Walzenbeschichter, Rakelstreicher, Florstreicher, Vakuumbeschichter oder Schmelzbeschichter auf den Träger aufgetragen werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Schleifaufschlämmung in die Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges aufgetragen werden. Auch hier ist es möglich, die Schleifaufschlämmung vor der Beschichtung zu erwärmen und/oder die Schleifaufschlämmung mit Ultraschall zu behandeln, um die Viskosität zu verringern. Während der Beschichtung sollte die Bildung von Luftblasen minimiert werden. Dann werden der Träger und das Fertigungswerkzeug, das die Schleifaufschlämmung enthält, durch eine Andruckwalze in Kontakt gebracht, so daß die Schleifaufschlämmung die Vorderseitenoberfläche des Trägers benetzt. Als nächstes wird die Bindemittelvorstufe in der Schleifaufschlämmung mindestens teilweise gehärtet, und zwar durch Einwirkung einer Strahlungsquelle die ausreichend ist, um die Schleifaufschlämmung in einen Schleifverbundwerkstoff zu überführen, das die Form hält, und wird ist auf den Träger gebunden oder geklebt. Der erhaltene Schleifartikel wird abgezogen und bei den Andruckwalzen von dem Fertigungswerkzeug entfernt und auf eine Aufwickelstation gewickelt. Bei diesem Verfahren kann die Energiequelle thermische Energie und Strahlungsenergie sein. Ist die Energiequelle entweder UV-Licht oder sichtbares Licht, sollte der Träger für UV-Licht oder sichtbares Licht durchlässig sein. Ein Beispiel für einen solchen Träger ist ein Polyesterträger.
Nachdem der Schleifartikel hergestellt ist, kann er vor der Weiterverarbeitung flexibilisiert und/oder angefeuchtet werden. Der Schleifartikel kann in eine beliebige gewünschte Form, wie einen Kegel, ein Endlosband, eine Scheibe usw. weiterverarbeitet werden, bevor der Schleifartikel zum Einsatz gebracht wird.

Verfahren zum Verfeinern einer Werkstückoberfläche

Der Schleifartikel dieser Erfindung kann in einem Verfahren zum Verfeinern einer Werkstückoberfläche verwendet werden. Dieses Verfahren bedingt, daß der Schleifartikel dieser Erfindung mit einem Werkstück in Reibungskontakt gebracht wird. Der Begriff verfeinern bedeutet, daß ein Teil des Werkstückes durch den Schleifartikel abgeschliffen wird. Außerdem ist die Endbearbeitung der Oberfläche damit verbunden, daß die Werkstückoberfläche nach diesem Verfeinerungsverfahren verringert ist. Ein typisches Maß für die Oberflächenbeschaffenheit ist Ra; Ra ist die arithmetische Oberflächenbeschaffenheit, gemessen in uInch oder um. Die Oberflächenbeschaffenheit kann mit einem Profiltastschnittgerät, wie das unter der Handelsbezeichnung Perthometer oder Surtronic erhältliche, bestimmt werden.

Werkstück

Das Werkstück kann ein beliebiger Materialtyp sein, wie Metall, eine Metallegierung, eine außergewöhnliche Metallegierung, Keramik, Glas, Holz, holzähnliches Material, Verbundstoffe, lackierte Oberfläche, Kunststoff, verstärkter Kunststoff, Stein und Kombinationen davon. Das Werkstück kann flach sein oder kann eine Form oder in Verbindung damit eine Kontour aufweisen. Beispiele für Werkstücke schließen Glasaugenlinsen, Kunststoffaugenlinsen, Glasfernsehbildschirme, Metallfahrzeugteile, Kunststoffteile, Spanplatte, Nockenwellen, Kurbelwellen, Furnier, Turbinenschaufeln, lackierte Fahrzeugteile, magnetische Medien und dergleichen ein.
In Abhängigkeit von der Anwendung, kann die Kraft an der Schleifberührungsfläche im Bereich von etwa 0,1 kg bis über 1.000 kg liegen. Im allgemeinen reicht dieser Bereich von 1 kg bis 500 kg Kraft an der Schleifberührungsfläche. Ebenfalls anwendungsabhängig ist die Anwesenheit einer Flüssigkeit beim Schleifen. Diese Flüssigkeit kann Wasser sein und/oder eine organische Verbindung. Beispiele für typische organische Verbindungen schließen Gleitmittel, Öle, emulgierte organische Verbindungen, Schneidflüssigkeiten, Seifen oder dergleichen ein. Diese Flüssigkeiten können auch andere Zusatzstoffe enthalten, wie Antischaummittel, Entfettungsmittel, Korrosionsschutzmittel oder dergleichen.
Der Schleifartikel der Erfindung kann manuell oder in Verbindung mit einer Maschine verwendet werden. Mindestens eines, der Schleifartikel oder das Werkstück, oder beide werden bezogen auf das andere unter Reibungskontakt bewegt. Der Schleifartikel kann zu einem Band, einer Bandrolle, einer Scheibe, einem Blatt und dergleichen weiterverarbeitet sein. Für Bandanwendungen werden die zwei freien Enden eines Schleifblattes miteinander verbunden und eine Klebstelle erzeugt. Es liegt auch im Bereich der Erfindung, ein klebstellenloses Band zu verwenden. Im allgemeinen läuft das endlose Schleifband über mindestens eine Spannwalze und eine Gegenhalter- oder Kontaktscheibe. Die Härte der Gegenhalter- oder Kontaktscheibe wird so eingestellt, daß die gewünschte Schnittgeschwindigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes erhalten wird. Die Geschwindigkeit des Schleifbandes liegt irgendwo im Bereich von etwa 150 bis 5.000 m/min. im allgemeinen zwischen 500 und 3.000 m/min. Und auch diese Bandgeschwindigkeit hängt von der gewünschten Schnittgeschwindigkeit und Oberflächenbeschaffenheit ab. Die Bandgrößen können im Bereich von etwa 5 mm bis 1 m Breite und etwa 5 cm bis 10 m Länge liegen. Schleifbänder sind zusammenhängende Längen des Schleifgegenstandes. Sie können in der Breite im Bereich von etwa 1 mm bis 1 m, im allgemeinen zwischen 5 mm und 25 cm liegen. Die Schleifbänder werden gewöhnlich abgerollt, führen über eine Trägernabe, die das Band gegen das Werkstück drückt und werden dann aufwickelt. Die Schleifbänder können kontinuierlich durch die Schleifberührungsfläche geführt werden oder können mit einem Index versehen werden. Die Schleifscheibe, welche auch einschließt, was auf dem Schleiffachgebiet als "Typen" bekannt ist, kann im Durchmesser im Bereich von etwa 50 mm bis 1 m liegen. Typischerweise sind Schleifscheiben durch ein Befestigungselement auf einer Sicherheitsnabe befestigt. Die Schleifscheiben können mit 100 bis 20.000 U/min. typischerweise 1.000 bis 15.000 U/min rotieren.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter erläutert. Alle Teile, Prozentsätze, Verhältnisse und dergleichen sind in den Beispielen auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anders angegeben.

Versuchsdurchführung

Folgende Abkürzungen werden durchgängig verwendet:
TMPTA: Trimethylolpropantriacrylat;
PH2: 2-Benzyl-2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanon, im Mandel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "IRGACURE 369" von der Ciba Geigy Corp.;
ASF: amorpher Siliciumdioxid-Füllstoff, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "OX-50" von Degussa;
FAO: geschmolzenes wärmebehandeltes Aluminiumoxid;
SCA: Silanhaftmittel, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, im Handel erhältlich unter der Handelsbezeichnung "A-174" von Union Carbide;
KBF4: Kaliumtetrafluorborat

Allgemeines Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes

Es wurde eine Schleifaufschlämmung hergestellt, die 22 Teile TMPTA, 0,2 Teile PH2, 0,9 Teile ASF, 17 Teile KBF4, 0,9 Teile SCA und 59 Teile P-320er FAO enthielt. Die Aufschlämmung wurde 20 min mit 1.200 U/min unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherbeanspruchung gemischt.
Das Fertigungswerkzeug war ein kontinuierliches Gewebe, hergestellt aus einem transparenten Polypropylen-Folienmaterial, welches im Handel unter der Handelsbezeichnung "POLYPRO 3445" von Exxon erhältlich ist. Das Fertigungswerkzeug wurde durch eine Rändelwalzenmatrize geprägt, indem eine Polypropylenbahn in geschmolzenem Zustand zwischen den Walzenspalt, der durch das Matrizenwerkzeug und eine glattflächige Stützwalze erzeugt wurde, hinabgelassen und dann gekühlt wurde, wodurch die durch das Matrizenwerkzeug verliehene Oberflächenkontur zurückbehalten wurde.
Das Matrizenwerkzeug wurde durch bekannte Gravurverfahren mit aufeinanderpassenden Walzen hergestellt. Ein Walzenwerkzeug mit Vertiefungen darin, die in der Form den gewünschten Kegelstumpfformen der Schleifverbundwerkstoffe entsprechen, wird oben über eine mit einem Schutzwachs bedeckte Stahlwalze oder -trommel gerollt. Die erhabenen Stellen auf dem Walzenwerkzeug kommen mit dem Wachs auf der Trommel in Kontakt und verdrängen es in die Bereiche, die den Vertiefungen der Matrizenwalze entsprechen. Rotiert die Trommel durch ein Ätzbad, werden die Bereiche der Trommel, wo das Wachs entfernt wurde, fortschreitend mit jeder Umdrehung der Trommel weggeätzt, wodurch letztendlich eine strukturierte Oberfläche auf der Trommel erzeugt wird, die eine Anordnung von einzelnen erhabenen Stellen umfaßt. Die strukturierte Oberfläche auf der Trommel wurde umgekehrt in eine Oberfläche eines Fertigungswerkzeuges repliziert, welche ihrerseits dazu verwendet wurde, eine Schleifaufschlämmung zu Schleifverbundwerkstoffen zu formen, die Formen aufweisen, die diesen in der Oberfläche des Matrizentrommelwerkzeuges zurückgelassenen erhabenen Stellen entsprechen.
Im allgemeinen enthielt das Fertigungswerkzeug, wie es von dem Matrizenwerkzeug hergestellt wurde, eine Anordnung von Vertiefungen, die umgekehrte Kegelstumpfformen mit etwa 100 um hohen abgestumpften Kegeln als untere Segmente und etwa 60 um hohen konvex abgerundete Kuppeln als obere Segmente waren, wobei die dreidimensionalen Vertiefungsformen eine konstante Gesamttiefe von etwa 160 um aufwiesen.
Das Muster wird zu einem sich wiederholenden Mosaikmuster von Verbundwerkstoff-Teilanordnungen aufgebaut, wobei auf der Oberfläche des Schleifbandes in der Maschinenrichtung in einer Ebene, die sich parallel zur Hauptoberfläche erstreckt und das kürzeste distale Ende der Verbundwerkstoffe schneidet, keine Linie gezogen werden kann, ohne den Querschnitt mindestens eines Verbundwerkstoffs zu schneiden, wie in Fig. 4 dargestellt.
Der Schleifgegenstand wurde durch ein Verfahren und eine Anordnung, die in Fig. 9 allgemein veranschaulicht sind, hergestellt. Das Verfahren war ein kontinuierliches Verfahren, das mit etwa 15,25 m/min arbeitete. Der Träger war ein Träger aus Kunstseide Gewicht J, die eine getrocknete Latex/Phenol-Vorleimschicht zum Abdichten des Trägers enthielt. Die Schleifaufschlämmung wurde auf das Fertigungswerkzeug gerakelt, und zwar mit 15,2 m/min (50 fpm), mit einem 76 um Messerspalt (3 mil) ohne Vakuum und einer etwa 15 cm breiten Auftragfläche auf dem Fertigungswerkzeug. Der Druck an der Berührungsstelle zwischen dem Fertigungswerkzeug und dem Träger, der durch die Walze 47 in Fig. 9 ausgeübt wird, betrug etwa 3,1 · 10 Pa. Die Energiequelle bestand aus zwei Lampen, die sichtbares Licht lieferten, von denen jede eine V-Birne, hergestellt von Fusion Systems Co., enthielt, welche bei 600 Watt/Inch (240 Watt/cm) arbeitete. Die teilweise gehärtete Auf schlämmung entformte sich sehr gut von dem Fertigungswerkzeug. Nach dem partiellen Härten der Schleifaufschlämmung wurde das erhaltene beschichtete Schleifmittel 12 Stunden bei 240ºF (116ºC) thermisch gehärtet, wodurch die phenolische Vorleimschicht der Unterlage fertig gehärtet wurde. Auf der Oberfläche des Trägers wurden etwa 775 Schleifverbundwerkstoffe pro cm² mit Höhen von etwa 160 um erzeugt.

Prüfverfahren I

Der beschichtete Schleifgegenstand wurde zu einem 7,6 cm mal 335 cm Endlosband weiterverarbeitet und auf einem Flächenschleifgerät mit konstanter Belastung geprüft. Ein vorher gewogenes Werkstück aus 304er rostfreiem Stahl von etwa 2,5 cm · 5 cm · 18 cm wurde in eine Haltevorrichtung montiert. Das Werkstück wurde senkrecht ausgerichtet, wobei es der 2,5 cm · 18 cm Stirnseite einer gezahnten Kautschuk-Kontaktscheibe eines Härteprüfgerätes 65 Shore A mit einem Durchmesser von etwa 36 cm und eins auf eins Böden, durch welche das beschichtete Schleifband mitgeschleppt wurde, gegenüberstand. Das Werkstück wurde dann über eine Wegstrecke von 18 cm senkrecht bei einer Geschwindigkeit von 20 Zyklen/min hin- und herbewegt, wobei eine Feder-belastete Druckstange das Werkstück mit einer Belastung von 4,5 kg (10 lbs) gegen das Band preßte, während das Band mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 1.400 m/min angetrieben wurde. Nach 30 s vergangener Schleifzeit wurde die Haltevorrichtungsanordnung für das Werkstück entfernt und zurückgewogen, die Menge an entferntem Material berechnet, indem das abgeschliffene Gewicht vom ursprünglichen Gewicht abgezogen wurde, und ein neues vorher gewogenes Werkstück und eine Haltevorrichtung auf die Apparatur montiert.
Außerdem wurden auch die Oberflächenbeschaffenheit Ra und die Rz des Werkstückes bestimmt, wobei diese Verfahren nachstehend beschrieben werden. Die Prüfung war beendet, wenn die Menge an entferntem Stahl in dem sechzig-Sekunden-Intervall weniger als ein Drittel der Menge an Stahl, in den ersten sechzig Sekunden des Schleifens eines Kontrollbandes entfernt wurde, betrug oder bis das Werkstück verbrannte, d. h. sich verfärbte.
Ra ist ein gängiges in der Schleifmittelindustrie verwendetes Maß für die Rauhigkeit. Ra ist definiert als das arithmetische Mittel der Abweichungen des Rauhigkeitsprofiles von der Mittellinie. Ra wurde mit einer Profiltastschnittgerätprobe, welche ein diamantbestückter Stift war, an drei Stellen bestimmt und das arithmetische Mittel als der Durchschnitt aus diesen drei Messungen berechnet. Im allgemeinen gilt, je kleiner der Ra-Wert war, desto glatter oder feiner war die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes. Die Ergebnisse wurden in um aufgezeichnet. Das verwendete Profiltastschnittgerät war ein Perthen M4P.
Rz ist ein gängiges in der Schleifmittelindustrie verwendetes Maß für die Rauhigkeit. Rz ist definiert als die Zehn-Punkt-Rauhigkeits-Höhe, welche der Mittelwert der fünf größten senkrechten Rauhhöhenunterschiede innerhalb einer Schnittlänge ist. Rz wurde mit derselben Ausrüstung wie der Ra-Wert bestimmt. Die Ergebnisse sind in um aufgezeichnet. Im allgemeinen gilt, je kleiner der Rz, desto glatter die Oberflächenbeschaffenheit.

BEISPIELE

Beispiel 1

Zur Demonstration der Brauchbarkeit und der vorteilhaften Wirkungen des typischen Schleifartikels der Erfindung wurden zwei Schleifartikelproben nach dem hier beschriebenen "Allgemeinen Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes" hergestellt, wodurch die Proben A und B bereitgestellt wurden. Die Schleifartikel wurden nach dem Prüfverfahren I geprüft und die Prüfergebnisse wurden für Probe A in Tabelle 1A und für Probe B in Tabelle 1B zusammengestellt.
Für jedes durch Probe A und B gereinigte Werkstück wurden jeweils drei Messungen für Ra und Rz zu mehreren interessierenden Anfangszeiten und späteren Zeitpunkten während des Schleifens durchgeführt, die Mittelwerte dieser Messungen sind in den Tabellen 1A bzw. 1B angegeben. Die Schleifzeit ist in Minuten : Sekunden angegeben und die Schnittgeschwindigkeit ist mengenmäßig in Gramm, die in dem Zeitraum zwischen dem angegebenen Zeitpunkt und dem unmittelbar davorliegenden Zeitpunkt abgeschliffen wurden, angegeben. Tabelle 1A Tabelle 1B
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, das die Schleifgegenstände der vorliegenden Erfindung eine hohe Schnittgeschwindigkeit aufwiesen und eine feine Oberflächenbeschaffenheit bereitstellten, ohne daß irgendwelche Kratzerrillen in der endbearbeiteten Oberfläche des Stahlwerkstückes beobachtet wurden. Obwohl der Anfangsschnitt des erfindungsgemäßen Schleifgegenstandes bei einem Druck von 4,5 kg nicht aggressiv war, wurde innerhalb von etwa 2 min eine ausgezeichnete Schnittgeschwindigkeit erhalten, sobald die abgerundeten Spitzen der Verbundwerkstoffe sich abzunutzen begannen, wodurch in 24 min ein Gesamtschnitt von etwa 185 g bereitgestellt wurde.

Beispiel 2

Es wurde ein Schleifartikel nach dem hier beschriebenen und in Beispiel 1 verwendeten "Allgemeinen Verfahren zur Herstellung des Schleifgegenstandes" hergestellt, wodurch Probe C bereitgestellt wurde. Der Schleifgegenstand der Probe C wurde nach dem Prüfverfahren I geprüft, jedoch mit der Ausnahme, daß der Druck 9 kg betrug, die Prüfergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Für jedes durch Probe C gereinigte Werkstück wurden jeweils drei Messungen für Ra und Rz zu mehreren interessierenden Anfangszeiten und späteren Zeitpunkten während des Schleifens durchgeführt, die Mittelwerte davon sind in Tabelle 2 angegeben.
Die Schleifzeit ist in Minuten : Sekunden angegeben und die Schnittgeschwindigkeit ist mengenmäßig in Gramm, die in dem Zeitraum zwischen dem angegebenen Zeitpunkt und dem unmittelbar davorliegenden Zeitpunkt abgeschliffen wurden, angegeben. Tabelle 2
Die Ergebnisse zeigen, daß die Spitzen der Verbundwerkstoffe bei einem Anfangsdruck von 9 kg sofort zu schneiden begannen und innerhalb von nur etwa 6 min ein Gesamtschnitt von etwa 121 g erzielt wurde.

Claims

1. Schleifgegenstand (1), der eine blattartige Struktur aufweist, mit:

(a) einer Hauptoberfläche (11, 25), die sich in einer ersten gedachten Ebene (111) erstreckt, mit einer Vielzahl von einzelnen dreidimensionalen Schleifverbundwerkstoffen (15, 21), die an festgesetzten Stellen daran angeordnet sind, wodurch auf der Hauptoberfläche (11, 25) eine Anordnung erzeugt wird, wobei jeder der Verbundwerkstoffe (15, 21) Schleifteilchen (16) umfaßt, die in einem Bindemittel (17) dispergiert sind und eine im wesentlichen präzise Form und in einem Abstand von der Hauptoberfläche (11, 25) ein distales Ende (D) aufweisen, und wobei die Vielzahl an Verbundwerkstoffen jeweils Querschnitte einschließen, die koplanar und zu der ersten gedachten Ebene (111) parallel sind, und mindestens ein Verbundwerkstoff (e) mit einem distalen Ende (D'), das der Hauptoberfläche (11, 25), gemessen in einer senkrechten Richtung zu der ersten gedachten Ebene (111), am nächsten kommt, einschließen;

(b) wobei sich eine zweite gedachte Ebene parallel zu und in einem Abstand von der ersten gedachten Ebene erstreckt, die das der Hauptoberfläche am nächsten kommende distale Ende schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Linie, die innerhalb dieser zweiten gedachten Ebene gezogen wird, mindestens einen Querschnitt von den Schleifverbundwerkstoffen in dieser Anordnung schneidet.

2. Schleifartikel gemäß Anspruch 1, wobei die Verbundwerkstoffe (15, 21) eine geometrische Form aufweisen, mit einem ersten Teil (28), der mit einer Hauptoberfläche (11, 25) der blattartigen Struktur in Kontakt steht, und einem zweiten Teil (23) als äußeres Ende, wobei der erste Teil eine Kegelstumpfform und der zweite Teil eine abgerundete Form umfaßt.

3. Schleifartikel gemäß Anspruch 1, wobei jedes der distalen Enden (D) ohne Kontakt zu anderen distalen Enden der Vielzahl von Verbundwerkstoffen (15, 21) ist.

4. Schleifartikel gemäß Anspruch 1, wobei sich jedes der distalen Enden (D) der Verbundwerkstoffe (15, 21) in einem senkrechten Abstand (H) von der Hauptoberfläche (11, 25) von etwa 50 um bis etwa 1020 um befindet.

5. Schleifartikel gemäß Anspruch 1, wobei jedes der distalen Enden (D) der Verbundwerkstoffe (15, 21) im wesentlichen denselben senkrechten Abstand (H) zu der Hauptoberfläche (11, 25) aufweist.

6. Schleifartikel gemäß Anspruch 1, wobei die Schleifverbundwerkstoffe (15, 21) auf der Hauptoberfläche (11, 25) in einer Dichte von etwa 100 bis etwa 10.000 Schleifverbundwerkstoffe/cm² festgemacht sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte:

(a) Herstellen einer Schleifaufschlämmung, wobei die Schleifaufschlämmung eine Vielzahl von Schleifteilchen, die in einer Bindemittelvorstufe dispergiert sind, umfaßt;

(b) Bereitstellen (i) einer Unterlage (26, 41), die eine Vorderseitenhauptoberfläche mit der Maschinenrichtungsachse (14) und ein Paar gegenüberliegender Seitenkanten (12, 13) aufweist, wobei jede der Seitenkanten parallel zu der Maschinenrichtungsachse (14) verläuft und jede der Seitenkanten innerhalb einer zweiten bzw. dritten gedachten Ebene (112, 113) verläuft, die sich jeweils senkrecht zu der Vorderseitenfläche erstrecken, und (ii) eines Fertigungswerkzeuges (46), das eine durch parallel gegenüberliegende Seitenkanten verbundene Hauptoberfläche und eine Vielzahl von Vertiefungen, von denen jede definiert ist als eine von einer Wand umgebene Vertiefung mit einer Öffnung an der Hauptoberfläche, aufweist, wobei jede Vertiefung eine präzise durch eine deutliche und erkennbare Grenze definierte Form aufweist, welche bestimmte Größen einschließt, wobei eine gedachte Linie, die quer über die Hauptoberfläche des Fertigungswerkzeuges in einer Richtung parallel zu den gegenüberliegenden Seitenkanten des Fertigungswerkzeuges gezogen wird, mindestens eine Vertiefungsöffnung von den Vertiefungen in dieser Anordnung schneidet;

(c) Bereitstellen eines Mittels zum Aufbringen der Schleifaufschlämmung in eine Vielzahl der Vertiefungen des Fertigungswerkzeuges (46), wobei mindestens eine Vielzahl dieser Vertiefungen gefüllt werden.

(d) In Kontakt bringen der Vorderseitenhauptoberfläche der Unterlage (26, 41) mit dem Fertigungswerkzeug (46), so daß die Schleifaufschlämmung die Vorderseitenhauptoberfläche benetzt:

(e) Verfestigen der Bindemittelvorstufe, wodurch ein Bindemittel erzeugt wird, wobei die Schleifaufschlämmung mit der Verfestigung in eine Vielzahl von Schleifverbundwerkstoffen überführt wird; und

(f) Abtrennen des Fertigungswerkzeuges (46) von der Vorderseitenhauptoberfläche nach dem Verfestigen, wodurch eine Vielzahl von einzelnen dreidimensionalen Schleifverbundwerkstoffen (15, 21) bereitgestellt wird, die in einer Anordnung auf der Hauptoberfläche (11, 25) der Unterlage (26, 41) befestigt sind, die sich innerhalb einer ersten gedachten Ebene (111) erstreckt, wobei jeder der Verbundwerkstoffe (15, 21) Schleifteilchen (16) umfaßt, die in einem Bindemittel (17) dispergiert sind und eine im wesentlichen präzise Form und ein in einem Abstand von der Hauptoberfläche (11, 25) befindliches distales Ende (D) aufweisen, und wobei die Vielzahl von Verbundwerkstoffen (15, 21) jeweils Querschnitte einschließt, die koplanar und parallel zu der Hauptoberfläche (11, 25) sind, und mindestens einen Schleifverbundwerkstoff (e) einschließt, das ein distales Ende (D') aufweist, das der Hauptoberfläche (11, 25), gemessen in einer senkrechten Richtung zu der ersten gedachten Ebene (111), am nächsten kommt, und wobei sich eine vierte gedachte Ebene (114) parallel und in einem Abstand zu der ersten gedachten Ebene (111) erstreckt, die das der Hauptoberfläche am nächsten kommende distale Ende (D') schneidet, wobei eine gedachte Linie, die innerhalb der vierten gedachten Ebene (114) in einer Richtung parallel zur Maschinenrichtungsachse (14) und zwischen der zweiten und dritten gedachten Ebene (112, 113) gezogen wird, mindestens einen Querschnitt von den Schleifverbundwerkstoffen (15, 21) in der Anordnung schneidet.