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Die
vorliegende Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Herstellung eines
Schmiedeteils aus Damaststahl gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche 1 und 2 sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Schmiedeteil
aus Damaststahl als solches gemäß Anspruch 25.
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Die
Verwendung von Damaststahl, der auch als Damaszener-Stahl bezeichnet
wird, ist vor allem aus dem Bereich der Messer-Schmiedewaren bekannt.
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Damaststahl
ist ein Verbundwerkstoff, der sich aus mindestens zwei Stahlsorten
zusammensetzt. Für nähere Erläuterungen
hierzu darf auf die Literaturstelle „Damaszener-Stahl.Mythos.Geschichte.Technik.Anwendung.",
Manfred Sachse, Stahleisen-Verlag 1993, ISBN 978-3514005204 verwiesen werden.
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Damaststahl
wird regelmäßig im Schmiedeverfahren verarbeitet.
Bei allen bekannten Schmiedeverfahren wird die Materialverschiebung
in Richtung des Schmiedehubs so gering wie möglich gehalten,
um die Struktur des Damaststahls nicht zu beschädigen.
Damit ist der Anwendungsbereich von Damaststahl auf Messer-Schmiedewaren
und wenige Schmuckgegenstände beschränkt.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Schmiedeteils aus Damaststahl anzugeben, das den Anwendungsbereich
von Damaststahl vergrößert.
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Das
obige Problem wird bei einem Verfahren gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich
ist die Überlegung, die Umformung des Schmiederohlings
in einem Gesenkschmiedeverfahren vorzunehmen, wobei ein Gesenkoberteil
und ein Gesenkunterteil von ganz bestimmter Formgebung verwendet
wird.
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Vorschlagsgemäß wird
der Schmiederohling bezogen auf seine ursprüngliche, senkrecht
zu dem Schmiedehub verlaufende Mittelebene unsymmetrisch umgeformt.
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Es
ist erkannt worden, dass Damaststahl bezogen auf die ursprüngliche
Mittelebene des Schmiederohlings in erheblichem Maße unsymmetrisch
umgeformt werden kann, ohne dass die Struktur des Damaststahls beschädigt
wird. Es hat sich gezeigt, dass mit der in obiger Weise unsymmetrischen
Umformung durch eine entsprechende Wahl der Verfahrensparameter
eine gezielte Einstellung des auf der Oberfläche des Schmiedeteils
sichtbaren Damastbildes einstellbar ist.
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Mit „ursprüngliche,
senkrecht zu dem Schmiedehub verlaufende Mittelebene des Schmiederohlings” ist
vorliegend die Mittelebene gemeint, die den block- oder scheibenförmigen
Schmiederohling vor der Bearbeitung in zwei gleiche Hälften
teilt.
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Mit
dem Begriff „unsymmetrisch” ist vorliegend gemeint,
dass die Materialverschiebung an zwei bezogen auf die Mittelebene
gegenüberliegenden Stellen im Schmiederohling unterschiedlich
ist. Man könnte auch sagen, dass die Umformung des Schmiederohlings
bezogen auf die Mittelebene nicht spiegelsymmetrisch vonstatten
geht.
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Nach
einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 2, der eigenständige
Bedeutung zukommt, wird vorgeschlagen, dass das Gesenkoberteil und/oder
das Gesenkunterteil in dem Schmiedeschritt in den Schmiederohling
eindringt bzw. eindringen. Hiermit wird eine Unstetigkeit in das
Material, insbesondere in den Faserverlauf des Materials, des Schmiederohlings
eingebracht, durch die das resultierende Damastbild wiederum gezielt
einstellbar ist.
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Bei
der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3
ist das Gesenkoberteil oder das Gesenkunterteil im Wesentlichen
konvex und entsprechend das Gesenkunterteil bzw. das Gesenkoberteil
im Wesentlichen konkav ausgestaltet. Durch die zueinander korrespondierende
Ausformung von Gesenkoberteil und Gesenkunterteil lässt
sich die obige unsymmetrische Umformung sowie das obige Eindringen
von Gesenkoberteil und/oder Gesenkunterteil in den Schmiederohling
ohne weiteres realisieren.
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Die
Ansprüche 6 bis 8 betreffen bevorzugte Varianten, die insbesondere
auf die Umformung des Schmiederohlings in eine im Wesentlichen ringartige Form
ge richtet sind. Eine solche ringartige Form lässt sich
vorteilhaft im Rahmen der Realisierung eines Uhrengehäuses
oder dergleichen einsetzen, wie weiter unten erläutert
wird.
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Gemäß Anspruch
11 ist weiter erkannt worden, dass der Dorn gemäß Anspruch
6 sogar durch die ursprüngliche Mittelebene des Schmiederohlings hindurchlaufen
kann. Hier wird deutlich, dass sich mit dem vorschlagsgemäßen
Verfahren eine Vielzahl neuer Gestaltungsmöglichkeiten
für das in Rede stehende Schmiedeteil eröffnen,
was zu der angesprochenen Vergrößerung des Anwendungsbereichs
für Damaststahl führt.
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Nach
einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 25, der eigenständige
Bedeutung zukommt, wird das nach dem vorschlagsgemäßen
Verfahren hergestellte Schmiedeteil als solches beansprucht. Auf
alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen
Verfahren darf verwiesen werden, soweit diese geeignet sind, das
Schmiedeteil selbst zu beschreiben.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung gemäß Anspruch
27 wird ein als Uhrengehäuse ausgestaltetes Schmiedeteil
beansprucht. Dabei ist es weiter vorzugsweise so, dass das Uhrengehäuse
die obige, im Wesentlichen ringartige Form aufweist. Andere Formen
sind denkbar.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der
Figur zeigt
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1 in
einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Gesenkoberteil
und ein Gesenkunterteil für die Durchführung des
vorschlagsgemäßen Verfahrens mit dazwischenliegendem
Schmiederohling bei der Entnahme,
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2 in
einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht das Gesenkoberteil
und Gesenkunterteil gemäß 1 bei eingesetztem
Schmiederohling zu Beginn des Gesenkschmiedens,
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3 in
einer Ansicht gemäß 2 eine zweite
Momentaufnahme im weiteren Verlauf des Gesenkschmiedens,
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4 in
einer Ansicht gemäß 2 eine dritte
Momentaufnahme im weiteren Verlauf des Gesenkschmiedens,
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5 in
einer Ansicht gemäß 2 eine vierte
Momentaufnahme im weiteren Verlauf des Gesenkschmiedens.
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Das
vorschlagsgemäße Verfahren wird im Folgenden beispielhaft
anhand eines für ein Uhrengehäuse vorgesehenen
Schmiedeteils 1 erläutert. Es darf vorab darauf
hingewiesen werden, dass eine Vielzahl weiterer Schmiedeteile 1 mit
dem vorschlagsgemäßen Verfahren herstellbar sind.
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Das
vorschlagsgemäße Verfahren dient der Herstellung
des jeweiligen Schmiedeteils 1 aus einem im Wesentlichen
block- oder scheibenförmigen Schmiederohling 2,
der in einer geschnittenen Seitenansicht in 2 dargestellt
ist. Hier und vorzugsweise ist der Schmiederohling 2 im
Querschnitt rund ausgestaltet.
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Von
besonderer Bedeutung ist vorliegend die Tatsache, dass der Schmiederohling 2 im
Wesentlichen aus Damaststahl besteht. Bevorzugte Varianten für
die Wahl des Damaststahls werden weiter unten erläutert.
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Es
lässt sich einer Zusammenschau der 2 bis 5 entnehmen,
dass der Schmiederohling 2 in dem Schmiedeschritt in einem
Schmiedeaggregat 3 mit Gesenkoberteil 4 und Gesenkunterteil 5 umgeformt
wird.
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In 2 ist
die ursprüngliche, senkrecht zu dem Schmiedehub 6 verlaufende
Mittelebene 7 des Schmiederohlings 2 angedeutet.
Hier zeigt sich, dass diese ursprüngliche Mittelebene 7 des
Schmiederohlings 2 den noch unverformten Schmiederohling 2 in zwei
gleiche Hälften teilt. Diese Mittelebene 7 dient im
Folgenden als Referenzebene für die Erläuterung des
Schmiedeschritts.
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Aus
dem in den 2 bis 5 dargestellten
Verlauf des Schmiedeschritts wird deutlich, dass die Umformung des
Schmiederohlings 2 bezogen auf seine ursprüngliche
Mittellinie 7 in obigem Sinne unsymmetrisch erfolgt. Hier
und vorzugsweise findet eine Materialverschiebung hauptsächlich
in Richtung des Schmiedehubs 6 statt. Folgerichtig findet
sich bei dem in 6 dargestellten Endzustand
der Großteil des Materials des Schmiederohlings 2 auf
der dem Schmiedehub 6 abgewandten Seite der ursprünglichen
Mittelebene 7 des Schmiederohlings 2.
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Nach
einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt,
ist es vorgesehen, dass das Gesenkoberteil 4 und/oder das
Gesenkunterteil 5 in dem Schmiedeschritt in den Schmiederohling 2 eindringt
bzw. eindringen. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das
Gesenkoberteil 4 und/oder das Gesenkunterteil 5 mit
einer dornartigen Ausformung ausgestattet ist bzw. sind, wie weiter
unten erläutert wird.
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Bei
dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Gesenkoberteil 4 im Wesentlichen konvex und das
Gesenkunterteil 5 im Wesentlichen konkav ausgebildet. Dies
kann auch umgekehrt vorgesehen sein. Es darf an dieser Stelle darauf
hingewiesen werden, dass die beschriebenen Ausgestaltungen von Gesenkoberteil 4 und
Gesenkunterteil 5 generell austauschbar sind, so dass die Begriffe „Gesenkoberteil” und „Gesenkunterteil” insoweit
entsprechend austauschbar sind.
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Es
darf ferner darauf hingewiesen werden, dass sich die Angaben „konvex” und „konkav” hier
lediglich auf die übergeordnete Formgebung des jeweiligen
Gesenkoberteils 4 bzw. Gesenkunterteils 5 beziehen.
Mit diesen Angaben sind keine idealen konvexen und konkaven Ausführungen
gemeint.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung sind sowohl das Gesenkoberteil 4 als
auch das Gesenkunterteil 5 im Wesentlichen konvex ausgestaltet. Insbesondere
die Ausstattung sowohl des Gesenkoberteils 4 als auch des
Gesenkunterteils 5 mit einer dornartigen Ausformung ist
hier vorteilhaft, wie ebenfalls weiter unten erläutert
wird.
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Der
obige Schmiedeschritt kann vorzugsweise jedenfalls auch dem Verfahren
des Durchsetzens zugerechnet werden. Beim Durchsetzen handelt es sich
um ein einseitiges Verschieben von Teilmassen eines Werkstücks
aus einer gegebenen Achse, hier einer in der Mittelebene 7 liegenden
Achse. Denkbar ist hier, dass das Verfahren des Durchsetzens mit
anderen Schmiedeverfahren kombiniert wird.
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Es
lässt sich einer Zusammenschau der 2 und 3 entnehmen,
dass das Gesenkoberteil 4 mit einem Dorn 8 oder
dergleichen während des Schmiedeschritts in den Schmiederohling 2 eindringt. Das
Gesenkunterteil 5 weist hier eine dem Dorn 8 zugeordnete,
napfartige Ausformung 9 auf, die der Aufnahme des durch
den Dorn 8 verdrängten Materials dient. Dies kann
wie oben erläutert auch umgekehrt vorgesehen sein.
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Entsprechend
ist es so, dass beim Eindringen des Dorns 8 in den Schmiederohling 2 das
Material des Schmiederohlings 2 bezogen auf die Längsachse
des Dorns 8 nach außen fließt und das
freie Volumen 10 des Gesenkunterteils 5, insbesondere der
napfartigen Ausformung 9, füllt.
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Es
lässt sich der Darstellung in 5 entnehmen,
dass durch die Ausstattung des Gesenkoberteils 4 mit dem
Dorn 8 und des Gesenkunterteils 5 mit der napfartigen
Ausformung 9 der Schmiederohling 2 in eine im
Wesentlichen ringartige Form umgeformt wird. Diese ringartige Form
eignet sich in besonderer Weise für die Realisierung eines
Uhrengehäuses einer Armbanduhr, wie weiter unten noch erläutert
wird.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, dass wie schon angedeutet, sowohl das
Gesenkoberteil 4 als auch das Gesenkunterteil 5 mit
einem Dorn 8 ausgestattet sind, so dass sowohl das Gesenkoberteil 4 als auch
das Gesenkunterteil 5 während des Schmiedeschritts
mit dem jeweiligen Dorn 8 in den Schmiederohling 2 eindringen.
Dabei sind die beiden Dome vorzugsweise auf dieselbe Achse ausgerichtet
und bewegen sich während des Schmiedeschritts entsprechend
aufeinander zu. Die Dome können einen identischen Durchmesser
oder eben unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Auslegung
richtet sich danach, ob die Umformung in obigem Sinne bezogen auf
die ursprüngliche Mittelebene 7 des Schmiederohlings 2 symmetrisch
oder eben unsymmetrisch sein soll.
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Eine
Zusammenschau beispielsweise der 2 und 3 zeigt,
dass bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren während
des Schmiedeschritts im Bereich der ursprünglichen Mittelebene 7 des Schmiederohlings 2 ein
Fließen des Materials des Schmiederohlings 2 jedenfalls
in Richtung des Schmiedehubs 6 erfolgt. Dabei ist klar,
dass die Fließbewegung des Materials des Schmiederohlings 2 nie exakt
in Richtung des Schmiedehubs 6 erfolgt, sondern allenfalls
Bewegungskomponenten in dieser Richtung aufweist.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es so, dass der Dorn 8 während
des Schmiedeschritts durch die ursprüngliche Mittelebene 7 des Schmiederohlings 2 hindurchläuft.
Dies zeigt eine Zusammenschau der 3 und 4.
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Für
die Ausgestaltung des Damaststahls sind zahlreiche vorteilhafte
Varianten denkbar. Vorzugsweise weist der Damaststahl eine Mehrzahl
von Lagen 11, 12 unterschiedlicher Stahlsorten
auf, wobei hier und vorzugsweise die Lagen 11, 12 abwechselnd
aus zwei unterschiedlichen Stahlsorten bestehen.
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Es
hat sich in Versuchen gezeigt, dass sich das vorschlagsgemäße
Verfahren besonders gut mit einem Schmiederohling 2 aus
Band-Damaststahl anwenden lässt. Denkbar ist die Anwendung
des vorschlagsgemäßen Verfahrens auf alle anderen
Arten von Damaststahl.
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Ganz
generell hat sich die Anwendung von geschmiedetem, insbesondere
handgeschmiedetem Damaststahl als vorteilhaft erwiesen.
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Um
insbesondere für das als Uhrengehäuse ausgestaltete
Schmiedeteil 1 eine hohe Hautverträglichkeit zu
realisieren, ist der Damaststahl vorzugsweise nickelarm ausgelegt.
Dabei liegt der Nickelanteil des Damaststahls vorzugsweise unter
0,13 Gew.-% und weiter vorzugsweise unter 0,12 Gew.-%. Denkbar ist
aber auch die Verwendung eines Damaststahls mit höherem
Nickelgehalt insbesondere zur Reduzierung der Rostanfälligkeit.
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Für
das vorschlagsgemäße Verfahren hat es sich als
besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der verwendete Damaststahl nichtrostend
ausgelegt ist und insbesondere ausschließlich Lagen 11, 12 aus
Edelstahl aufweist.
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Insbesondere
bei der Verwendung von Band-Damaststahl sind die Lagen 11, 12 des
Damaststahls vor dem Schmiedeschritt im Wesentlichen eben. Der in
den 2 bis 5 dargestellte Verfahrensablauf
zeigt, dass die Lagen 11, 12 des Damaststahls
während des Schmiedeschritts zunehmend „ausgebeult” werden
und schließlich nach dem Schmiedeschritt zumindest zum
Teil jeweils eine dreidi mensionale Formgebung aufweisen. Überraschenderweise
verursachte die Überführung der Lagen 11, 12 von
einer ebenen Formgebung in eine dreidimensionale Formgebung weder
zu einem Zerstören einzelner Lagen 11, 12 noch
ein Trennen von benachbarten Lagen 11, 12.
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Der
Darstellung in 5 lässt sich auch die Tatsache
entnehmen, dass nach dem Schmiedeschritt die im Bereich des Gesenkoberteils 4 befindlichen
Lagen 11, 12 eine andere dreidimensionale Formgebung
aufweisen als die im Bereich des Gesenkunterteils 5 befindlichen
Lagen 11, 12. Dies geht auf die Ausformung des
Gesenkoberteils 4 und des Gesenkunterteils 5 zurück.
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Gemäß der
Darstellung in den 2 bis 5 beträgt
die Eindringtiefe hier des Gesenkoberteils 4 in den Schmiederohling 2 ein
Mehrfaches der durchschnittlichen – ursprünglichen – Höhe
der Lagen 11, 12, insbesondere sogar weit mehr
als das Dreifache der durchschnittlichen Höhe der Lagen 11, 12.
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Besonders
deutlich zeigt die Darstellung in 5, dass
das Eindringen des Dorns 8 in den Schmiederohling 2 einen
Höhenversatz Δh innerhalb der Lagen 11, 12 bewirkt,
der sich im Bereich der Seitenfläche 13 des Dorns 8 vollzieht,
wobei der Höhenversatz Δh hier und vorzugsweise
im Wesentlichen der Höhe des Dorns 8 entspricht.
Derartige Höhenversätze innerhalb der Lagen 11, 12 lassen
sich auch realisieren, wenn, wie oben angesprochen, sowohl das Gesenkoberteil 4 als
auch das Gesenkunterteil 5 mit einem entsprechenden Dorn 8 ausgestattet
sind.
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Vorzugsweise
hat der jeweilige Höhenversatz Δh eine beträchtliche
Ausdehnung, so dass das resultierende Damastbild durch den Schmiedeschritt deutlich
beeinflusst wird. Dabei ist es vorzugsweise so, dass der jeweilige
Höhenversatz Δh ein mehrfaches der durchschnittlichen
Höhe der Lagen 11, 12, insbesondere mehr
als das Dreifache der durchschnittlichen Höhe der Lagen 11, 12,
beträgt.
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Es
wurde schon darauf hingewiesen, dass durch eine geeignete Wahl der
Schmiedeparameter eine weitgehend beliebige Einstellung des Damastbildes
einstellbar ist. Zu diesen Schmiedeparametern gehören neben
der Ausgestaltung von Gesenkoberteil 4 und Gesenkunterteil 5 auch
die Ausrichtung des Schmiederohlings 2 während
des Schmiedeschritts.
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In
bevorzugter Ausgestaltung sind die Lagen 11,12 des
Damaststahls des Schmiederohlings 2 im Wesentlichen senkrecht
zu der Richtung des Schmiedehubs 6 ausgerichtet. Durch
den entsprechend großen Höhenversatz Δh
innerhalb der Lagen 11, 12 lassen sich bei entsprechender
Nachbearbeitung besonders auffällige Damastbilder erzeugen.
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Denkbar
ist aber auch, dass die Lagen 11, 12 des Damaststahls
des Schmiederohlings 2 in einem Winkel zu dem Schmiedehub 8 ausgerichtet
sind. Hier wird deutlich, dass bereits mit der Wahl der Ausrichtung
des Schmiederohlings 2 eine nahezu unbegrenzte Variantenvielfalt
für das resultierende Damastbild gegeben ist.
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Grundsätzlich
kann die Ausgestaltung des Gesenkoberteils 4 und des Gesenkunterteils 5 sowie die
Ausrichtung des Schmiederohlings 2 in Versuchen bestimmt
werden.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es allerdings vorgesehen,
dass der Verlauf der Lagen 11, 12 und damit das
resultierende Damastbild in Abhängigkeit von den obigen
Schmiedeparametern computersimuliert wird. Hierfür kann
grundsätzlich eine modifizierte Software zur Visualisierung
von Faserverläufen beim Schmieden konventioneller Materialien
Anwendung finden. Die Simulation wird dabei vorzugsweise auf die
Simulation des Umformens jeder einzelnen Lage zurückgeführt.
Mit der obigen Simulation des Damastbildes lassen sich grundsätzlich sogar
Damastbilder nach Kundenwunsch herstellen.
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Es
darf noch darauf hingewiesen werden, dass dem oben beschriebenen
Schmiedeschritt vorzugsweise ein Abgratschritt folgt, in dem der
Grat 14 entfernt wird. Alternativ oder zusätzlich
kann ferner ein Lochschritt folgen, bei dem die Öffnung 15 des geschmiedeten
Rings hergestellt wird.
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Bei
dem Schmiedeteil 1 handelt es sich vorzugsweise um einen
Bestandteil einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr, und in besonders
bevorzugter Ausgestaltung um ein Uhrengehäuse. Ein für
ein Uhrengehäuse vorgesehenes Schmiedeteil 1 zeigen die 1 und 5.
Dabei ist für das Verständnis zu berücksichtigen,
dass im Rahmen des Abgratschrittes und/oder im Wege einer weiteren,
nachgeschalteten mechanischen Bearbeitung auch die Seitenflächen
des Uhrengehäuses so wie Ausnehmungen für die Anbindung
des Armbands erzeugt werden. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Grundsätzlich
kann es sich bei dem Schmiedeteil 1 auch um eine Rosette
für eine Armbanduhr oder um ein Glied des Armbands einer
Armbanduhr handeln. Andere Anwendungsbeispiele sind denkbar.
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Schließlich
darf noch darauf hingewiesen werden, dass nach einer weiteren Lehre,
der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, das nach dem
vorschlagsgemäßen Verfahren hergestellte Schmiedeteil 1,
insbesondere das Uhrengehäuse als solches beansprucht wird.
Auf die obigen Ausführungen darf verwiesen werden, soweit
diese geeignet sind, das Schmiedeteil 1 bzw. das Uhrengehäuse
als solches zu beschreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Damaszener-Stahl.Mythos.Geschichte.Technik.Anwendung.”,
Manfred Sachse, Stahleisen-Verlag 1993 [0003]
- - ISBN 978-3514005204 [0003]