DE10005064A1 - Sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente für Werkzeuge - Google Patents
Sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente für WerkzeugeInfo
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Abstract
Sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente, enthaltend Hartstoffteilchen für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen harter und/oder spröder Werkstoffe mit einem die Segmente aufnehmenden Werkzeugträger, wobei die Segmenete aus einzelnen Segmentmodulen aufgebaut sind.
Description
Die Erfindung betrifft sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente
enthaltend Hartstoffteilchen für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen
harter und/oder spröder Werkstoffe mit einem die Segmente aufnehmenden
Werkzeugträger.
Abrasiv ausgebildete Segmente für Werkzeuge werden zum Bearbeiten oder
Trennen von Werkstoffen beispielsweise in Form von Schneidsegmenten für
Bohrkronen, Fräser, Kettensägen, Sägeblätter, Trennschleifscheiben,
Hohlbohrer, Hohnleisten, oder in Form von Hohlperlen für Seilsägen benötigt.
Zum Stand der Technik wird nur beispielhaft auf die DE 196 50 480 A1, EP 0857552 A2,
DE 44 24 093 A1 und US 5868885 verwiesen. Die Werkzeuge
bzw. Segmente für die Werkzeuge werden überwiegend unter Einsatz von
Diamanten als Hartstoff hergestellt und sind entsprechend teuer.
In der Werkzeugtechnik zum Herstellen von Diamantwerkzeugen aller Formen
und Anwendungsgebieten herrscht bei den Herstellern dieser Werkzeuge eine
endlose Vielzahl an Designs und Produktionswerkzeugen für diese Designs, d. h.
die verschiedenen Segmente und Segmentgrößen für die ganz
unterschiedlichen Werkzeuge. Die Folge ist ein recht hoher Produktions- und
Lagerhaltungsaufwand, um beispielsweise bei Diamantsägeblättern,
Schneidsegmente mit allen gewünschten Radien und Verschleißhärten
bereitzuhalten. Die erforderlichen Produktionswerkzeuge sind meist teuer und
wegen ihres komplizierten Aufbaus auch empfindlich. Hersteller von
Diamantwerkzeugen sehen sich oft speziellen Kundenwünschen gegenüber
nicht schnell genug in der Lage, das gewünschte Werkzeug ausliefern oder
überhaupt herstellen zu können. Dies betrifft Diamantwerkzeuge für alle
Sparten der Industrie, vom professionellen "High-End-Werkzeug" bis hin zum
Supermarktartikel. Immer werden jedoch höchste Ansprüche an die Sicherheit
und Performance des Werkzeuges gestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielfalt der erforderlichen
Formen von Werkzeug-Segmenten enthaltend Hartstoffteilchen, insbesondere
sehr harte wie Diamanten oder kubisches Bornitrid, in einer rationellen Weise
zu ermöglichen, und sowohl die Herstellung als auch die Lagerhaltung auf
diese Weise wirtschaftlicher zu gestalten und die Kosten zu reduzieren. Ein
weiteres Anliegen ist es, die Werkzeugperformance zu steigern, d. h. einen
optimalen Einsatz der Hartstoffteilchen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, daß
die sintermetallgebundenen abrasiv wirkenden Segmente aus einzelnen
Segmentmodulen aufgebaut sind. Gemäß einem weiteren Vorschlag der
Erfindung können die Segmentmodule gleiche oder unterschiedliche Form und
gleiche Zusammensetzung der Sintermetallwerkstoffe und/oder der
Hartstoffteilchen bzw. unterschiedliche Zusammensetzung der
Sintermetallwerkstoffe und/oder der Hartstoffteilchen sowohl in qualitativer als
auch quantitativer Hinsicht aufweisen. Vorteilhafte Ausbildungen der
Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche
entnehmbar.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Prinzips ist eine Vereinfachung der
Geometrie, indem durch eine Modulbauweise eine drastisch reduzierte
Lagerhaltungsnotwendigkeit, eine Erhöhung der Werkzeugqualität und
-haltbarkeit sowie nahezu unendliche Möglichkeit des Produktdesigns
ermöglicht werden.
Die Erfindung beschreibt erstmals modulare gradierte sintermetallgebundene
abrasiv wirkende Segmente für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen von
Werkstoffen.
Erfindungsgemäß genügen wenige Grundtypen von Segmentmodulen, um eine
große Vielfalt von unterschiedlichen Segmenten in bezug auf Form und
Qualität durch Mischen, Kombinieren und Anordnen gleicher und/oder
verschiedener Segmentmodule zu erzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an
Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Sägeblattscheibe mit eingesetzten Schneid-
Segmenten gemäß Stand der Technik,
Fig. 2 Ausschnitt aus einem Sägeblatt mit Schneid-Segmenten in modularer
Bauform,
Fig. 3 ein Segment in Modulbauform,
Fig. 4 ein Segmentmodul gemäß Fig. 3 und 2,
Fig. 5 und 6 verschiedene Anordnungen von Segmentmodulen zu einem
Segment,
Fig. 7 ein Schneid-Segment in Modulbauform in federnder Ausführung,
Fig. 8 ein Segmentmodul in Ringform,
Fig. 9 einen Querschnitt durch ein Segment in Form einer Hohlperle
in Modulbauform aus Segmentmodulen in Form von Ringen.
In der Fig. 1 ist beispielhaft ein Diamantwerkzeug in Form einer Sägescheibe
dargestellt, mit einem Werkzeugträger W aus Metall, der am Umfang
beabstandet Kühlschlitze B aufweist und jeweils zwischen zwei Kühlschlitzen
ein eingesetztes, als Schneidsegment ausgebildetes Segment SS aufweist.
Diese Segmente SS für Sägescheiben werden aus Sintermetall mit
eingebetteten Hartstoffen, vorzugsweise Diamantkörnern hergestellt. Die
Herstellung dieser Segmente erfolgt in einem Preßvorgang, wobei ein
Grünkörper in Graphitformen eingespannt wird und mittels Druck und
Temperatur gesintert wird, um das Segment zu erhalten. Entsprechend den
erforderlichen unterschiedlichen Größen und Qualitäten - mehr oder weniger
Gehalt an Diamantkörnern - sind einerseits entsprechend viele Preßformen
erforderlich und entsprechende Lagerhaltung der einzelnen unterschiedlichen
Segmente für verschiedene Baugrößen und Qualitäten von Sägeblättern.
Das Herstellen der Segmente mit aufwendigen Mischverfahren und
mehrmaligen Preß- und Sintervorgängen erfordert einen kostenintensiven,
apparativen Aufwand. Die Hersteller solcher Segmente, beispielsweise
Schneidsegmente für Sägeblätter oder für Hohlbohrer halten ständig mehrere
hundert Typen solcher Segmente auf Lager. Nur so kann schnell auf
Kundenaufträge reagiert werden. Die Typen unterscheiden sich durch die
Anpassung an verschiedene Werkstoffe, die zu bearbeiten sind, und durch
verschiedene Größenklassen der Werkzeuge. Wichtig sind Art und
Zusammensetzung der metallischen Sintermatrix, die variieren kann, Gehalt
und Verteilung der Hartstoffe, wie Diamantkörner, sowie die geometrischen
Maße der Segmente. Diese Faktoren multiplizieren sich in der Praxis.
Ferner gibt es spezielle mehrlagige Segmente - Sandwich-Segmente -, die
einem einseitigen Verschleiß entgegenwirken sollen. Auch biegbare oder
einfach bis zweifach geteilte Segmente sind bekannt.
In der Fig. 2 ist das Sägeblatt im Ausschnitt dargestellt, das mit den
erfindungsgemäß ausgebildeten modularen Segmenten S ausgestattet ist,
wobei jedes Segment S aus Segmentmodulen M zusammengesetzt ist.
Ein beispielhaftes typisches Segment für ein Sägeblatt hat die Abmessungen
40 × 3.6 × 7 mm mit einem Radius von 225 mm und wird auf einer 450 mm
Durchmesser Sägeblattscheibe - Werkzeugträger W - zum Schneiden von
Beton, Naturstein, Kunststein, Keramik und Asphalt durch Löten oder
Laserschweißen oder Direktsintern befestigt. Nur für diese eine Größe eines
Sägeblattes gibt es mindestens 4 verschiedene Zusammensetzungstypen, d. h.
Ausführungen der Segmente in mindestens 2 verschiedenen Qualitäten.
Gängig sind mindestens jedoch 33 verschiedene Radien der
Sägeblattscheiben, Werkzeugträger. Hinzu kommen mindestens 4 Varianten
der Segmente, nämlich "ohne Fuß, mit Fuß, Sandwich-Typ, Schräg- oder
Schutzsegment, konische Segmente, Dachsegmente, biegbare und geschlitzte
Segmente". Diese Kombination aller Merkmale ergibt 1848 unterschiedliche
Segmente, die sich in der Praxis durch nicht gängige Kombinationen
reduzieren. Hieraus wird ersichtlich, welche Vielfalt und damit
Bevorratungsnotwendigkeit für den Hersteller und damit Kosten entstehen.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Ein solches typisches marktgängiges Schneid-
Segment für eine Sägeblattscheibe wird in beliebig viele kleine
Segmentmodule M, gleicher Bauform und Baugröße und der Möglichkeit
unterschiedlicher Zusammensetzung, z. B. unterschiedlicher Hartstoffgehalte,
siehe Fig. 3, unterteilt und auf diese Weise wird eine zusätzliche Vielfalt an
Variationsmöglichkeiten zum Zusammensetzen und Aufbau von Segmenten
unterschiedlicher Baugröße und unterschiedlicher Qualität geschaffen,
wodurch eine starke Reduktion der einzelnen zu bevorratenden Segmenttypen
erreicht wird. Wenige Grundtypen an Segmentmodulen genügen, um eine
große Vielfalt an Segmenten durch Mischen, Kombinieren und Anordnen zu
erzeugen. Es ergeben sich sogar bisher nicht erzeugbar neue Qualitäten.
Viele Variablen sind denkbar:
- - Segmentmodule gleicher Form und gleicher Zusammensetzung, beispielsweise in Quaderform, siehe Fig. 4,
- - Segmentmodule mit unterschiedlichen metallischen Bindungen, d. h. Sintermetallen in bezug auf Qualität und/oder Quantität,
- - Segmentmodule mit unterschiedlichen Konzentrationen an Hartstoffen von 0 bis 100 Gew.-%,
- - Segmentmodule mit unterschiedlichen Hartstoffen in bezug auf Qualität,
- - Segmentmodule analoger Bauform jedoch unterschiedlicher Größe, um auch Höhengruppierungen zu realisieren - Sägezahneffekt,
- - Verschiedene Mustergruppierungen gleicher und unterschiedlicher Segment module in einem modularen Segment.
Beispielsweise können Segmentmodule gleicher Form, beispielsweise in Form
eines Quaders, siehe Fig. 4, hergestellt werden, die jedoch einen
unterschiedlichen Gehalt an teuren Hartstoffen, wie beispielsweise Diamanten
enthalten, um hieraus Segmente, gemäß Fig. 5, beispielsweise als
Schneidsegmente für ein Sägeblatt herzustellen, deren Angriffkante A aus
einem Segmentmodul M1, siehe Fig. 5, besteht, das einen sehr hohen Gehalt
an Hartstoff, wie beispielsweise Diamanten enthält, im Gegensatz zu den
nachfolgenden Segmentmodulen, die abwechselnd mit niedrigen und etwas
höheren Hartstoffteilchen angereichert sind, wobei mit steigender Ziffer der
Gehalt an Hartstoffteilchen in dem Segmentmodul abnimmt. Auf diese Weise
ist es möglich, ein kostengünstiges Segment aus Segmentmodulen unter
Optimierung des Einsatzes von Hartstoffen herzustellen. Die
Mustergruppierungen eines Segmentes aus unterschiedlichen
Segmentmodulen richten sich nach dem Werkzeug und den zu bearbeitenden
Materialien, die Segmente können in symmetrischer oder asymmetrischer Form
aus verschiedenen Segmentmodulen aufgebaut werden, siehe z. B.
Segmentmuster nach Fig. 6.
Wenn die unterschiedliche Form des Moduls mit a, b, c . . . bezeichnet wird und
ein unterschiedlicher Gehalt an gleichem Hartstoff in den einzelnen
Segmentmodulen mit den Ziffern 1, 2, 3 . . . bezeichnet wird, so können
beispielsweise erfindungsgemäße modulare Segmente mit den Gruppierungen
M1, M2, M1, M2, M1, M2 . . . . . oder M1, M2, M3, M1, M2, M3 oder
beispielsweise
M1, M1, M2, M2, M3, M3, usw. zusammengestellt werden.
Für ein modulares Segment mit Sägezahneffekt können beispielsweise
Segmentmodule in einer Mustergruppierung zusammengestellt werden, wie
M1a, M2b, M1a, M2b usw.
Es ist erfindungsgemäß möglich, die Segmentmodule zu miniaturisieren und
Segmentmodule herzustellen, die nur eine sehr geringe Dicke bis zur
Foliendicke hin aufweisen.
Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß die Segmente aus
Segmentmodulen zusammengesetzt sind, wobei es insbesondere möglich ist,
die einzelnen Segmentmodule zu gradieren, d. h. mit unterschiedlichen
Mengen an Hartstoffen auszustatten und hieraus entsprechend den
Anforderungen unterschiedliche Qualitäten von modularen Segmenten
herzustellen.
Die erfindungsgemäßen Segmentmodule können mittels heißisostatischen
Pressen - HIP - hergestellt werden, wobei viele Segmentmodule gleichzeitig
produzierbar sind. Die Segmentmodule können dann mit Robotern zu allen
gewünschten modularen Segmenten zusammengesetzt werden, wobei sehr
schnell aus der relativ geringen Anzahl von verschiedenen Segmentmodulen
die jeweils gewünschten Qualitäten und Formen von Segmenten
zusammengesetzt werden können.
Die modularen Segmente können, wie in der Fig. 7 dargestellt ist, auf ihrer
Verbindungsseite mit dem Werkzeugträger bereits mit einem Lot L ausgerüstet
werden. Darüber hinaus ist es möglich, beispielsweise in den Spalten
zwischen einander grenzenden Segmentmodulen M des Segmentes S ein
Bindemittel oder Kunststoff K einzubringen, wodurch dem Segment S eine
gewisse Federeigenschaft verliehen wird.
Ein weiteres Beispiel für die Form von Segmentmodulen sind Ringe, wie in der
Fig. 8 das Segmentmodul MR in Ringform dargestellt ist. Aus solchen
Segmentmodulen in Ringform können beispielsweise Hohlperlen, wie in der
Fig. 9 dargestellt, zusammengesetzt werden. Hohlperlen werden für
Seilsägen benötigt. Auch hier ist es möglich, die einzelnen Segmentmodule
unterschiedlich in ihrem Gehalt beispielsweise an Hartstoffen
zusammenzusetzen, d. h. gradiert, wodurch ein kostengünstiges modulares
Segment in Form einer Hohlperle herstellbar ist.
Auch andere Formen der Segmentmodule und entsprechend hieraus
aufbaubarer modularer Segmente, auch gradiert, sind möglich.
Als Werkstoffe für die Segmentmodule kommen als Sintermetalle Legierungen
auf Basis Kobalt, Kupfer, Wolfram, Nickel, Eisen, Titan, Zinn, Aluminium
und/oder Silicium unter anderem in Betracht.
Claims (20)
1. Sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente enthaltend
Hartstoffteilchen für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen harter
und/oder spröder Werkstoffe mit einem die Segmente aufnehmenden
Werkzeugträger, gekennzeichnet durch einen Aufbau der Segmente
aus einzelnen Segmentmodulen.
2. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen gleicher Form aufgebaut sind.
3. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen gleicher Zusammensetzung der
Sintermetalle und Hartstoffteilchen aufgebaut sind.
4. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen gleicher Form und gleicher
Zusammensetzung der Sintermetallwerkstoffe und der
Hartstoffteilchen aufgebaut sind.
5. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen unterschiedlicher Zusammensetzung
der Sintermetallwerkstoffe und/oder der Hartstoffteilchen aufgebaut
sind.
6. Segmente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen, die verschiedene Sintermetalle bzw.
unterschiedliche quantitative Zusammensetzung der Sintermetalle als
metallische Bindungen enthalten, zusammengesetzt sind.
7. Segmente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen, die verschiedene Konzentrationen
eines Hartstoffes enthalten, zusammengesetzt sind.
8. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmentmodule eines Segmentes 0 bis 100 Gew.-%
Hartstoffteilchen enthalten.
9. Segmente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen zusammengesetzt sind, die
verschiedene Sintermetalle oder unterschiedliche quantitative
Zusammensetzung der Sintermetalle als metallische Bindungen
enthalten und die verschiedene Konzentrationen eines Hartstoffes
enthalten, zusammengesetzt sind.
10. Segmente nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen gleicher Form
und unterschiedlicher Zusammensetzung der Sintermetalle und/oder
der Hartstoffteilchen in qualitativer und/oder quantitativer Hinsicht
aufgebaut sind.
11. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmentmodule die Form eines Quaders
aufweisen.
12. Segmente nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente aus Segmentmodulen in Quaderform mit unterschiedlicher
Höhe der Quader unter Ausbildung eines Sägezahneffektes
zusammengesetzt sind.
13. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß Segmente in Form von Hohlperlen aus
Segmentmodulen in Ringform gebildet sind.
14. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwischen den zu einem Segment
zusammengesetzten Segmentmodulen verbleibenden Spalte mit einem
Bindemittel angefüllt sind.
15. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die zwischen den zu einem Segment
zusammengesetzten Segmentmodulen verbleibenden Spalte mit einem
Kunststoff angefüllt sind und die Segmente Federeigenschaften
aufweisen.
16. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Verbinden der Segmente mit dem
Werkzeugträger benetzbare Lote eingesetzt sind, die durch Eindringen
in die Spalte zwischen den Segmentmodulen diese verschließen.
17. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß als Sintermetalle Legierungen auf Basis Kobalt,
Kupfer, Wolfram, Nickel, Eisen, Titan, Zinn, Aluminium und/oder
Silicium eingesetzt sind.
18. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß nichtmetallische Hartstoffe, wie synthetische
oder natürliche Diamanten, Borcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid,
kubisches Bornitrid eingesetzt sind.
19. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmentmodule durch heißisostatisches
Pressen gefertigt sind.
20. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmente auf ihrer Verbindungsseite mit dem
Werkzeugträger mit einer Lotschicht ausgerüstet sind.
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