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Technische Informationen
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Allgemeines
Nebst diesem technischen Problem gibt es noch einen menschlichen Faktor: Die kleine Dimension und die Art des Produktes verlangen einen hohen Ausbildungsstand, damit eine Person unter Anwendung eines etablierten Messverfahrens und mit einem einzigen Messinstrument präzise und wiederholbare Resultate erreicht, dies sogar im einfachen Fall einer groben Mikronkörnung. Am feinen Ende de Mikronreihe wird das Problem noch grösser. Bei mehreren Personen und Prüfstellen ist das Problem sozusagen unlösbar.
Definitionen
Die Messeinheit ist das Mikron oder Mikrometer (µ oder µm = 0.001mm). Es wird allgemein angenommen, dass die Partikel in ihrer grössten Länge gemessen werden, zumindest in den allgemein gebrauchten Produkt-Bezeichnungen. Die allgemein gebrauchten Messmethoden entsprechen jedoch nicht immer dieser Definition, ausser wenn ausdrücklich vermerkt.
Körnungsbezeichnungen
Mikron-Diamantpulver werden üblicherweise mit doppelzahligen Bezeichnungen beschrieben, wie z.B. 4-8µ, was bedeutet, dass sich die meisten Partikel zwischen diesen zwei Grössen befinden sollten. Einige Hersteller brauchen einzahlige Bezeichnungen. In diesem Fall wäre es 6µ, was die theoretische Mediane des Produktes darstellt.
Partikel-Grössenverteilungen
Mikron-Diamantpulver ist ein Schleifmittel. Jedes Karat, die allgemein gebrauchte Gewichtseinheit (1Kt=0.2g), enthält zahlreiche Partikel. Hiermit ein Beispiel der in einem Karat Diamantpulver schätzungsweise enthaltenen Partikel:
|Körnung||Partikel p/Karat|
|30-60||660'000|
|10-20||17'000'000|
|4-8||262'000'000|
|2-4||2'050'000'000|
|0.75-1.25||62'000'000'000|
Die Messung erfolgt also auf einem sehr kleinen Muster des Produktes, um seine statistische Partikel-Grössenverteilung zu ermitteln, welche als Gewichtsverteilung oder, häufiger als Anzahlverteilung dargestellt wird.
Eigenschaften der Verteilung
Die Partikelverteilung muss zwischen gewissen Grenzen liegen, welche üblicherweise durch den Hersteller bestimmt werden. Der Hauptwert ist die Mediane (d50) der Verteilung, also der Mittelpunkt der Verteilung. 50% aller Partikel befinden sich auf jeder Seite dieses Wertes. Die Mediane der Verteilung muss in gewissen Grenzen liegen, welche als Medianenbereich definiert werden. Manchmal bezieht man sich auf die Mittelgrösse der Verteilung, also das arithmetische Mittel der gemessenen Partikelgrössen. Die Breite der Verteilung muss ebenfalls definiert werden. Üblicherweise bezieht man sich auf eine obere Grenze wie d99 und eine untere Grenze der Verteilung.
Beispiel: Max. d99 bedeutet, dass der gemessene d99 der Verteilung nicht über dieser Grenze liegen darf. Min. d10 bedeutet, dass der gemessene d10 nicht unter dieser Grenze liegen darf. In gewissen Fällen wird eine maximale Standardabweichung vorgeschrieben. Mit gewissen Messinstrumenten ist dies eine einfachere Lösung. Die Standardabweichung hat jedoch einen Nachteil: sie kann vom Instrumententyp und von der gebrauchten Mikronabstufung, oder der Kanalbreite des Instrumentes beeinflusst werden. Eichung und Musterfehler Die Eichung eines Messinstrumentes kann zu wesentlichen Problemen führen, speziell zwischen unterschiedlichen Instrumenten und Standorten. Unter Lieferanten können Eichungsdifferenzen schnell eine ganze Mikronkörnung betragen. In unterschiedlichen Standorten ausgeführte Messungen können also nicht verglichen werden. Ein gültiger Vergleich kann also nur aufgrund von Messungen eines einzigen Standortes stattfinden. In jedem Fall und bei jedem Messinstrument muss gesichert werden, dass das gemessene Muster repräsentativ für das Produkt ist. Das bedeutet, dass das Produkt durchaus homogen sein muss, sogar bevor es nach der Kalibrierung getrocknet wird. Ferner muss das zu messende Muster derart sorgfältig entnommen und vorbereitet werden, dass die Messung der Verteilung oder das Messverfahren nicht beeinflusst werden.
Eichung und Musterfehler
Die Eichung eines Messinstrumentes kann zu wesentlichen Problemen führen, speziell zwischen unterschiedlichen Instrumenten und Standorten. Unter Lieferanten können Eichungsdifferenzen schnell eine ganze Mikronkörnung betragen. In unterschiedlichen Standorten ausgeführte Messungen können also nicht verglichen werden. Ein gültiger Vergleich kann also nur aufgrund von Messungen eines einzigen Standortes stattfinden. In jedem Fall und bei jedem Messinstrument muss gesichert werden, dass das gemessene Muster repräsentativ für das Produkt ist. Das bedeutet, dass das Produkt durchaus homogen sein muss, sogar bevor es nach der Kalibrierung getrocknet wird. Ferner muss das zu messende Muster derart sorgfältig entnommen und vorbereitet werden, dass die Messung der Verteilung oder das Messverfahren nicht beeinflusst werden.
Messmethoden
Grösste Partikellänge
Diese direkte Partikelmessung entspricht natürlich der Definition einer Mikronpulver-Bezeichnung. Es kommt auf allen optischen Instrumenten zur Anwendung, wie Projektionsmikroskop und Bildanalyse. Die Messdaten können direkt in eine Partikelgrössen-Verteilung umgewandelt werden. Für bedeutungsvolle Messungen benötigt diese Messmethode jedoch eine gute und regelmässige Partikelform. Die ähnliche Messung durch den umschriebenen Kreis kommt auf dem Projektionsmikroskop zur Anwendung.
Das Projektionsmikroskop ist das grundlegende und preisgünstige Instrument, welches normalerweise keiner Eichung bedarf, insofern es gut ausgerüstet und eingerichtet ist. Es ist auf Mikronpulver beschränkt, welche keine Partikel unter 0.5µ enthalten, infolge von Diffraktion und der Wellenlänge des Lichtes. Das Problem liegt im grossen Zeitaufwand der Messung, in der beschränkten Anzahl der gemessenen Partikel und in der Notwendigkeit einer hohen Operatoren-Ausbildung, um regelmässige Messungen zu erhalten.
Die Bildanalyse ist das Vorzugsinstrument zur Messung der Partikellängen, in welchem die Partikel in einem mikroskopischen Präparat automatisch gemessen werden. Die grösste Schwierigkeit liegt in der richtigen Auswahl der Ausrüstung, der geeigneten Eichung und den geeigneten Messprozeduren. Die Bildanalyse bietet auch zahlreiche zusätzliche Informationen, wie die gleichzeitige Messung der Partikelform, mit sehr guter Wiederholbarkeit. Die Bildanalyse ist auf der Seite der Prüfmethoden weiter beschrieben.
Partikelvolumen-Messung
Diese 'indirekte' Partikelmessung kommt weltweit, infolge der Einfachheit, zu häufigem Gebrauch. Leider muss die daraus entstehende Volumenmessung üblicherweise danach in eine der Partikellänge entsprechenden Verteilung umgewandelt werden, entweder durch die Eichung des Gerätes, oder durch die Anwendung eines arbiträren Multiplikators. Volumenmessung ist natürlich auf Partikelform total unempfindlich, was bei einem Vergleich mit optischen Messungen zu Problemen führen kann.
In Electrozone-Zählerinstrumenten, wie der ‘Coulter Multisizer’, werden die Partikel in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit dispergiert (Salzlösung) und durch eine Kapillaröffnung gezwungen. Jedes Partikel ergibt beim Durchgang ein elektrisches Resistivitätssignal, annähernd proportional zum Partikelvolumen. Jedes Kapillar hat die Fähigkeit, Partikel im Bereich von ca. 5% bis 60% des eigenen Durchmessers zu erfassen. Die entstehende Anzahlverteilung der Partikelvolumen muss danach, durch die Eichung mittels Eichpulver oder sphärischem Latex und der Anwendung eines geeigneten ‘Formmultiplikators’, in eine Korngrössenverteilung umgewandelt werden. Die Wiederholbarkeit ist sehr gut, jedoch auf Pulver über ca. 1µ beschränkt.
Laserdiffraktions-Instrumente haben sich infolge der einfachen Handhabung vermehrt. Hier sind wir jedoch noch einen Schritt weiter vom gewünschten Ziel entfernt, da Volumenverteilungen der Partikelvolumen gemessen werden. Ein Laserstrahl wird durch eine Suspension von Partikeln gesendet. Dieser wird proportional zu den Partikelvolumen in unterschiedlichen Winkeln diffraktiert, oder rückwärts auf eine Zielscheibe reflektiert. Es ist schwierig, eine bedeutungsvolle Korrelation mit anderen Messungen zu finden, sogar mit den einfachsten optischen Messungen.
Übermasse und Partikelform
Um seine Pflicht, d.h. eine angemessene Oberflächengüte bei geeigneter Abtragsleistung, zu erzielen, sollte ein Mikronpulver keine allzu grosse Partikel enthalten. Für diesen Zweck kann auf dem gemessenen Muster eine optische Übermass-Prüfung durchgeführt werden. Diese hat jedoch infolge der relativ wenigen gemessenen Partikel keine grosse statistische Bedeutung. Um die Relevanz der Übermasskontrolle zu steigern, kann sie auf einem durch Sedimentierung erhaltenen Konzentrat der grössten Partikel durchgeführt werden. Die beste Garantie für eine gute Übermasskontrolle liegt jedoch in einem in jeder Beziehung bestens beherrschten Fabrikationsprozess, von der Kalibrierung bis zur Handhabung des Produktes, von der Abwesenheit von Verunreinigungen bis zur Reinheit der Gefässe, usw.
Partikelform
Die Partikelform ist ein weiteres wichtiges Qualitätsmerkmal für Mikron-Diamantpulver. Für eine gute Leistung sollte ein Mikronpulver keine flache oder spiessförmige Partikel enthalten. Diese können die Leistung des Pulvers und die Oberflächengüte beeinträchtigen. Sie können ebenfalls die Aussagekraft der Qualitätsprüfung direkt beeinflussen. Eine gute Partikelform ist eine blockige Form, ohne flache und spiessförmige, jedoch mit scharfen Schneidkanten versehene Partikel. Beispiel: Ein Pulver bestehend aus schlecht geformten, spiessförmigen Partikeln wird durch gewisse Instrumente als perfekte Verteilung gemessen, wenn die Messung auf dem Partikelvolumen beruht. Bei der Messung der Partikellängen wird dieselbe Verteilung total bedeutungslos sein. Die Leistung des Produktes wäre ebenfalls nicht im Verhältnis mit der gemessenen Korngrösse. Hier bietet also die Messung der grössten Partikellänge einen zusätzlichen Qualitätsvorteil.
Submikron-Körnungen
Laserdiffraktions-Instrumente werden hier öfters eingesetzt, da diese kleinsten Partikel mit optischen oder Electrozone-Instrumenten nicht erfassbar sind. Die Disczentrifuge ist jedoch infolge ihrer Leistung und Regelmässigkeit vorzuziehen. Dieses Messinstrument enthält eine mit ca. 600 bis 24’000 U/M angetriebene, durchsichtige, hohle und mit einer zentralen Öffnung versehene Scheibe. Diese Scheibe wird teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche durch die Zentrifugalkraft an der Peripherie haftet und dessen Dichte gegen den Rand zunimmt. In die Scheibenmitte wird dann eine kleine Menge Partikelsuspension gegeben, welche nach aussen sedimentiert. Die Sedimentationszeit ist proportional zur Partikelgrösse. In Nähe der Peripherie wird die Partikeldichte mittels eines Laserdetektors als Funktion der Zeit gemessen. Dadurch ergibt sich eine Volumen-Verteilung der Partikelvolumen. Diese wird wiederum durch eine Eichungsfunktion in eine aussagekräftige Partikelverteilung umgerechnet. Bei guter Installation und Kalibrierung eines Disczentrifugen-Systems (keine einfache Aufgabe) bietet die Disczentrifuge zuverlässige und wiederholbare Messungen im Submikronpulver-Bereich, mit einer unteren Messgrenze von ca. 0.01µ.
Raster-Elektronmikroskop
Submikron-Pulver können mit anderen Instrumenten, z.B. zur Bewertung der Partikelform, nicht ‘gesehen’ werden. REM Aufnahmen werden gelegentlich angefertigt, um die Partikelform zu prüfen oder REM-Aufnahmen zu erzeugen, wovon einige in diesem Dokument ersichtlich sind. REM kann jedoch infolge der hohen Kosten und der statistisch ungenügenden Anzahl Partikel nicht als routinemässiges Prüfinstrument eingesetzt werden.
Produkt mit Anwendung abstimmen
Die Interpretation der Messdaten und die Auswahl des geeigneten Produktes für jede Anwendung benötigen beste Personalausbildung. Die auf der Prüfaufzeichnung aufgetragenen Graphiken und Zahlen bilden die Grundinformationen über die Produktqualität. Nun muss das Produkt noch mit der Anwendung abgestimmt werden.
Gewisse Anwendungen benötigen enge Verteilungen, worin die meisten Partikel annähernd gleich gross sind. Dies ist bei gebundenen Anwendungen wichtig, wie auch in einem 'kurzen' Polier- oder Läppzyklus, wo die Oberflächenrauheit direkt mit der Pulverkörnung zusammenhängt: der Läppzyklus ist bedeutend kürzer als die Standzeit des Schleifstoffes, oder das Pulver wird kontinuierlich zugegeben.
In gewissen Fällen wird jedoch eine breite Verteilung vorgezogen, zur Erfüllung der Bedürfnisse einer Anwendung mit 'langem' Polierzyklus: Die ursprüngliche Korngrösse des Pulvers vermittelt die Abtragsleistung, wobei die restliche Korngrösse, nach Abnützung des Pulvers, die Oberflächengüte bestimmt. Eine typische Anwendung dieser Art ist das Feinpolieren von Diamant-Ziehsteinen, oder das Läppen und Polieren von grossen Werkstücken.
Gewisse Anwendungen sind auf grosse Partikel äusserst sensitiv, wie z.B. gewisse Präzisions-Diamantscheiben oder 'Pellets' für die Bearbeitung von optischem Glas. In diesem Fall werden die Mikronpulver speziell für ihre Eigenschaften am oberen Ende der Verteilung ausgewählt.
Noch wichtiger ist folgender Punkt: wenn für eine Anwendung das geeignete Produkt bestimmt wurde, darf es von Lieferung zu Lieferung absolut nicht mehr variieren. Dies ist die grosse Stärke des Van Moppes Qualitäts-Systems. Es ist derart gestaltet, dass die 'Diamantpulver-Variable' vom Arbeitsplatz eliminiert wird und dadurch für beständigere Produktion und Regelmässigkeit sorgt.
Der Mikron-Siebkorn Übergangsbereich
Definitionsgemäss schliessen Mikron-Diamantpulver alle feinen Diamantschleifstoffe unter der feinsten kommerziellen Siebkorngrösse D46 (325/400) ein. Die Mikronpulver erstrecken sich von 0 bis ca. 120µ Mikron und überdecken deshalb zum Teil die Reihe der Siebkörnungen bis D76 (200/230). Für diesen Zweck hat Van Moppes ein Messverfahren zur richtigen Bestimmung der Körnungsäquivalenzen in diesem Bereich entwickelt, sowie auch zur Qualitätsprüfung der Siebkorngrössen im Schleifbereich. Die optischen Messgrenzen wurden durch zahlreiche Kontrollmessungen bestätigt.
Für die richtige Auswahl des Pulvers und ein gutes Produktkonzept ist es wichtig die Übereinstimmung zwischen den gröberen Mikronpulver und den äquivalenten Siebkörnungen zu beherrschen. Materialeigenschaften und Kalibrierung können zur Wahl eines Mikronpulvers oder der entsprechenden Siebkörnung führen, zur Erzeugung zuverlässigerer Werkzeuge.
Äquivalenzen zwischen Sieb- und Mikronkörnungen
|ISO / FEPA Bezeichnung||Normal||Hoch|
|D91||170/200|
|D76||200/230||70-120|
|D64||230/270||60-100||70-120|
|D54||270/325||54-80||60-90|
|D46||325-400||45-70||54-80|
|(D39)||(400-500)||40-60||45-70|
|(D33)||(500-600)||36-54||40-60|
|35-45|
|30-40|
Beurteilung und Messung der Oberflächengüte
Beurteilung der Oberflächengüte
Mikron-Diamantpulver werden meistens zur Erzeugung einer gewissen Oberflächengeometrie auf hartem Material eingesetzt, mit einer bestimmten optischen oder geometrischen Beschaffenheit. In gewissen Fällen muss die Oberfläche nur optischen Kriterien entsprechen, aber oft muss die Rauheit auch in vorgeschriebenen Grenzen liegen. In diesem Fall wird die Oberflächenrauheit mittels speziellen Messinstrumenten bewertet.
Die Messung der Oberflächenbeschaffenheit ist im ISO Standard 4287 ausführlich beschrieben. Hier beziehen wir uns jedoch nur auf die Rauheitsmessung einer Oberfläche, welche häufig für die Bewertung einer mittels Mikron-Diamantpulver bearbeiteten Oberfläche massgebend ist. Die Oberflächenrauheit wird mittels R-Kenngrössen charakterisiert, wie z.B. Ra, Rz oder Rt.
Bemerkung: Die W-Kenngrössen beziehen sich auf die Welligkeit eines Oberflächenprofils und die P-Kenngrössen auf das Primärprofil vor gewissen geometrischen Anpassungen. Weitere Erläuterungen sind in ISO Standard 4287, 3274, 4288 und 11562 zu finden.
|Profilspitze||Hervorragender Profilteil, über der Mittellinie|
|Profiltal||Hineinragender Profilteil, unter der Mittellinie|
|Ordinate||Höhe von Profiltal + anliegende Spitze|
|Einzelmessstrecke||Länge einer Messung (Lr)|
|Messstrecke||Summe mehrerer Messlängen|
|R-Kenngrössen||aus Rauheitsprofil berechnet|
|W-Kenngrössen||aus Welligkeitsprofil berechnet|
|P-Kenngrössen||aus Primärprofil berechnet|
Messung der Oberflächenrauheit
Untenstehende Tabelle beschreibt die üblichsten Kenngrössen der Messung von mittels Mikronpulver bearbeiteten Oberflächen. Die Messeinheit ist der Mikrometer oder Mikron (μm), der Nanometer (nm) oder das Angstrom (Å), je nach der gebrauchten Körnung oder der erzielten Oberflächenrauheit:
(1 μm = 1’000 nm = 10’000 Å).
Beschreibung der üblichsten Kenngrössen
Diese meist gebrauchten Kenngrössen sind im ISO 4287 Standard beschrieben, sowie auch zahlreiche andere wie Profilwelligkeit, Rillenbreite und Abstand von Profilelementen, relativer Materialanteil des Profils, Profilsteilheit und -schiefe, usw. Alte, jedoch immer noch gebrauchte Kenngrössen sind in Klammern aufgeführt.
|Art der Messung||Kurzbeschreibung der Messung||Kenngrösse|
|Rauheitsmesswerte

über eine Einzel-Messlänge
|Grösste Profilspitze über der Mittellinie|
|Tiefstes Profiltal unter der Mittellinie|
|Summe von höchster Profilspitze und tiefstem Profiltal|
|Mittelwert der Ordinaten (Spitze + anliegendes Tal)|
|Durchschnittliche Messwerte über eine Einzel-Messstrecke||Arithmetisches Mittel der absoluten Ordinaten über eine Einzel-Messstrecke|
|Quadratischer Mittelwert der Ordinaten über eine Einzel-Messstrecke|
|Messung über die ganze Messstrecke (Summe aller Einzel-Messstrecken)||Summe der höchsten Spitze und des tiefsten Tals über die ganze Messstrecke|
Beziehung zwischen Oberflächenrauheit und Qualität des Mikronpulvers
Diese Beziehung ist in grossen Linien folgende: Ra wird hauptsächlich durch die Mediane der Korngrössenverteilung (d50) bestimmt, sowie Partikelform. Rt (Rmax) wird hauptsächlich durch den oberen Teil der Verteilung bestimmt (z.B. das kumulative d95 oder d99), sowie auch Partikelform. Übergrosse Partikel und Partikel-Agglomerate verursachen eher grosse, einzelne Kratzer. Es muss also unbedingt die geeignete Mikronpulver-Qualität gebraucht werden und diese darf von Lieferung zu Lieferung nicht ändern. Das ist genau was Ihnen Van Moppes garantiert und liefert.
Die Erzielung der genauen, gewünschten Oberflächengüte beruht auf der geeigneten Auswahl von Korngrössen und der geeigneten Reihenfolge der Läpp- und Poliervorgänge. Bei kurzen Bearbeitungszyklen (mit kontinuierlicher Pulverzugabe, worin das Pulver nicht abgenützt wird) ist die Oberflächengüte durch die Korngrösse bestimmt. In einem langen Zyklus (ohne Pulverzugabe), ist sie durch die Korngrösse des abgenützten Pulvers bestimmt.
Lösung von Rauheitsproblemen
In einem etablierten Läpp- oder Polierverfahren ist ein unerwarteter Verlust an Oberflächengüte üblicherweise auf eine eher einfache Ursache zurückzuführen. Es müssen also zuerst folgende Punkte geprüft werden:
- Änderung in Arbeitszyklus, Arbeitszeit oder in der Reihenfolge der Pulverkörnungen?
- Änderung im Werkstück, im Mikronpulver oder in den Arbeitsparametern?
- Wurde das Pulver sachgemäss in die Läppflüssigkeit eingemischt; wurde es mittels Ultraschall dispergiert? Restliche Agglomerate sind bei weitem die häufigste Ursache von Problemen.
- Wurde Schleifmittel kurz vor Ende des Läppzyklus zugegeben?
Bemerkung: Ein langsamer Poliervorgang, oder eine tiefe Abtragsrate können einen Verlust an Oberflächengeometrie verursachen. Falls keiner dieser Punkte hilft das Problem zu lösen, sollten Sie uns sofort anrufen. Wir sind jederzeit bereit Ihnen zu helfen.Achtung auf optische Täuschungen !
Eine klare und glänzende Oberfläche bedeutet nicht unbedingt gute geometrische Beschaffenheit, jedoch nur eine gute optische Eigenschaft. Die erforderlichen Eigenschaften der Oberfläche müssen also vor jedem Läpp- oder Poliervorgang jeweils zuerst genau definiert werden.
Physikalische Eigenschaften von Diamant und CBN Körnungen
|Produktart||Siebkorn und

Mikronpulverer
Bezeichnungen

tungsart
|Beschich-

tungsfaktor
|Dichte||Spezifisches

Volumen
|Bruttogewicht von

100 Karat Netto-Produktgewicht
|g/cm3||cm3/g||Karat||Gramm|
|Nicht ummantelter

Diamant
|SSX, SSO

SYP, SYG, SYS, SYT, SYM
SYV, SYR, RBM, PM
FMD, FRD
|n.a.||n.a.||3.52||0.284||100.0||20.00|
|Ummantelter

Diamant
|SYR-..30Ni SYV-..30Ni

FRD-..N30
|30% Ni||1.43||4.23||0.236||142.8||28.56|
|FRD-..C50||50% Cu||2.00||5.04||0.198||200.0||40.00|
|RBM-56Ni SYR-56Ni

FRD-..N56
|56% Nu||2.27||5.12||0.195||227.3||45.46|
|FMD-..T2||2% Ti||1.02||3.59||0.280||102.0||20.40|
|FMD-..TN56||56% Ti/Ni||2.27||5.12||0.195||227.3||45.46|
|Nicht ummanteltes

CBN
|CBN-A, CBN-B

FRD-..
|n.a.||n.a.||3.48||0.287||100.0||20.00|
|Ummanteltes

CBN
|CBN-A60Ni

FBN-..N60
|60% Ni||2.50||5.26||0.190||250.0||50.00|
|FBN-..T2||2% Ti||1.02||3.53||0.283||102.0||20.40|
|FBN-..TN60||60% Ti/Ni||2.50||5.24||0.191||250.0||50.40|