DE3706867A1 - Schneidsegment fuer eine saege zur steinbearbeitung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung bildet ein Schneid­ segment für eine Säge zur Steinbearbeitung, das metallisch gebundene Diamantkörner ent­ hält.

Zum Trennen von Naturstein oder Kunststein wie Beton, werden Trennscheiben in der Art von Kreissägen benutzt oder beispielsweise Gattersägen, die mit Schneidsegmenten versehen sind, welche Diamanten enthalten. Insbesondere die Bearbeitung harter Gesteine wie Granit und Marmor erfordert den Einsatz von Sägen mit Segmenten, die einer sehr hohen Beanspru­ chung ausgesetzt sind. Das Verschleißverhal­ ten von diamanthaltigen Segmenten hängt dabei im wesentlichen ab von der Diamantkörnung und dem Bindungsmaterial sowie dem Aufbau und der Geometrie der Segmente.

Bisher wurden diamanthaltige Segmente in der Art von Preßlingen durch Sintern eines aus einer Metallverbindung bestehenden Sinter­ pulvers hergestellt, dem Diamantstaub beige­ mischt ist. Um den Diamantstaubteilchen eine verbesserte Haftung innerhalb des Preßlings, das heißt in der Bindung, zu geben, ist es bekannt, die Diamantstaubteilchen vor ihrem Vermischen mit dem Sinterpulver mit einem filmartigen Überzug aus einem das Haftvermögen zwischen den Diamantstaubteilchen und dem Sinterpulver verbessernden Stoff zu versehen.

Dabei kommt als Überzugsmaterial insbesondere Nickel oder Kobalt in Frage. Ein Nachteil ist es jedoch, daß durch derartige bekannte pulvermetallurgische bzw. Sinterverfahren keine Segmente mit einer besonders hohen Diamantkonzentration zu erhalten sind, bei denen eine ausreichende Bindung der Diamant­ körner gewährleistet ist.

Um der Erkenntnis Rechnung zu tragen, daß ein Schneidsegment aus einem Bindungsmaterial mit gleichmäßig darin verteilter Diamantkör­ nung in der Regel zuerst an den Kanten ver­ schleißt, wobei die Außenkanten sich abrunden nach kurzer Einsatzdauer, wurde bereits dazu übergegangen, Schneidsegmente zu verwenden, die entsprechend der sogenannten "Sandwich- Bauweise" aus mehreren Schichten zusammen­ gesetzt ist, wobei die außenliegenden Schich­ ten eine höhere Diamantkonzentration aufwei­ sen, als die innen liegenden Schichten. Auch hierbei handelt es sich jedoch um eine Her­ stellung der Schichten im pulvermetallurgi­ schen bzw. im Sinterverfahren, wobei zwar die außenliegenden Schichten eine geringfügig höhere Diamantkonzentration aufweisen können, als die inneren Schichten, jedoch nur eine Konzentration von etwa bis zu 2,5 Karat Dia­ mantanteil pro cm³. Diese Schichten sind dabei relativ stark, das heißt in der Regel über 0,8 mm dick, da sie sich wirtschaftlich anders nicht auftragen lassen auf darunterlie­ genden Schichten, die ebenfalls aus Diamanten mit einer Metallbindung bestehen, welche nach dem Sinterverfahren hergestellt sind. Eine Schichtstärke von 0,8 mm als Außenschicht bei pulvermetallurgischer Verarbeitung von Diamanten in einer Metallbindung wurde jeden­ falls dann bisher für notwendig angesehen, wenn die Sägesegmente eine Länge in der Schnittrichtung aufweisen in der Größe von 40 mm oder mehr, wie es bei Sägen von Hartge­ stein allgemein üblich ist.

Gemäß der Erfindung werden die Nachteile von Schneidsegmenten dadurch vermieden, daß ein Schneidsegment auf mindestens einer seiner Außenseiten eine Verschleißschutzschicht trägt, die aus galvanisch niedergeschlagenen Diamanten besteht, deren Körnungsgröße kleiner und deren Diamantanteil in der Verschleiß­ schutzschicht wesentlich größer ist, als die des Segmentgrundkörpers.

Durch die Anwendung eines galvanischen Nieder­ schlages der Diamanten in der Art einer Schutzschicht unter Abscheidung von Metallen wie Kobalt oder Nickel läßt sich die Stärke der Seitenschutzschicht nach oben hin, bei­ spielsweise auf maximal 0,5 mm genau begren­ zen, wobei vorzugsweise Schichtstärken Anwen­ dung finden können in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 mm. Dabei besteht die Möglichkeit, für den Seitenschutz der Segmente eine wesent­ lich höhere Diamantkonzentration ausnutzen zu können, als es bisher möglich erschien und zwar eine Konzentration von 150 bis 200, die gleichbedeutend ist mit einem Diamantan­ teil von 6,6 bis 8,8 Karat/cm³. Eine so hohe Diamantdichte ist insbesondere dann zu errei­ chen, wenn die galvanisch niedergeschlagene Verschleißschutzschicht aus Diamantkörnern besteht, deren Oberfläche durch Ätzen im Reduktionsverfahren mit porenförmigen Vertie­ fungen auf mindestens das Doppelte der natür­ lichen Oberflächengröße erweitert ist, wobei sich dann die Mehrheit der Diamantkörner mit benachbarten Diamantkörnern innerhalb derselben Schutzschicht unmittelbar zu berüh­ ren vermag.

Das Ätzen von Diamanten ist an sich bekannt, zumal es in gewissen Fällen bei der Verarbei­ tung der Diamanten zum Zwecke ihrer Halterung zwangsläufig auftritt. Sofern es sich jedoch um Verfahren des Ätzens von Diamanten handelt, welche einer Vorbehandlung der Diamanten dienen zum Zwecke ihrer Aufrauhung, handelt es sich allgemein um Verfahren der Oxydation von Diamanten, die für den hier gegebenen Zweck nicht ausreichen und sogar nachteilig sind.

Zum Ätzen von Diamanten vor ihrer Einbindung ist es beispielsweise nach der DE-OS 18 11 861 bekannt, die Ätzung in der Weise durchzufüh­ ren, daß die Schleifmittel mit oxydierend wirkenden Stoffen behandelt werden. Dabei ist gedacht an eine Behandlung von Silizium­ karbid, das mit Natriumperoxyd vermischt wird und erhitzt wird oder stattdessen in einer Schmelze mit Kaliumnitrat behandelt wird. Weiterhin ist die Behandlung von Dia­ mantkörnern zum Zwecke ihrer Aufrauhung durch Metallegierungen bekannt, die mindestens eine Komponente enthalten, welche dazu neigt, mit der Diamantoberfläche chemisch zu reagie­ ren. Dabei wird durch reaktive metallische Bindungsmaterialien die Diamantoberfläche mehr oder weniger stark angegriffen, wobei ein Teil des Diamantkohlenstoffes durch das Metall abgetragen wird, so daß es zu einer gewissen Rauhigkeit kommt, durch welche die Bindung des einzelnen Diamantkorns verbessert wird. Allgemein findet derartiges jedoch unter höheren Temperaturen statt, das heißt Temperaturen die über 900°C liegen, wobei es dann während der Abkühlung, das heißt nach der Herstellung der Diamantbindung wieder zu einer Ausscheidung kommt des vom Metall gelösten oder aufgenommenen Kohlenstoffes an der Grenzfläche zwischen Diamant und der metallischen Bindung, was von Nachteil ist, weil dieser ausgeschiedene Kohlenstoff keine wesentliche Festigkeit besitzt. Deshalb wird also an der Grenzfläche zwischen Diamantkorn und Bindung keine wirksame Verbesserung der Hafteigenschaften erreicht.

Ein gewisses Aufrauhen von Diamantkörnern findet im übrigen ohnehin statt, wenn sie im Sinterverfahren von einer Metallpulver­ matrix umgeben werden und das Metallpulver beispielsweise aus Kobalt oder einer Legierung davon besteht.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Ätzen besteht darin, die Diamantkörner in einem Ofen freiliegend zu erhitzen, wobei die Ofen­ atmosphäre aus Sauerstoff besteht oder einem sauerstoffhaltigen Gas wie z. B. Luft. Auch hier handelt es sich letzthin um eine Ver­ brennung des Diamantkohlenstoffes zu Kohlen­ monoxyd, bei dem Diamantmaterial abgetragen wird und geringfügige Ätzengruben entstehen.

Demgegenüber werden bei den erfindungsgemäßen Segmenten Diamantkörner verwendet, die nicht durch ein Oxydationsverfahren, sondern durch ein sogenanntes Reduktionsverfahren bzw. einer Hydrierung derart starke und tiefe Poren aufweisen, daß ihre Gesamtoberfläche wesentlich größer ist, als das Doppelte der natürlichen Oberfläche.

Eine derartige Ätzung im Reduktionsverfahren erfolgt dadurch, daß die Diamantkörner in einem Metallpulver eingebettet bei einer Temperatur oberhalb von 700°C einem Strom von Wasserstoff oder einem wasserstoffhalti­ gen Gas ausgesetzt werden. Als Metall kommen insbesondere solche in Betracht, die geeignet sind zur Bildung von Karbid, so daß sich unter Bildung eines Karbids Diamantkohlen­ stoffatome aus dem Diamant in das Metall diffundieren können, wobei danach das Metall den Wasserstoff aktiviert, so daß dieser sich mit dem im Metall gelösten Kohlenstoff verbinden kann und diesen als Gas fortspült. Dadurch bleiben die an der Reaktion beteilig­ ten Metallpartikel aufnahmefähig für weiteren Kohlenstoff, der an der Berührungsstelle vom Diamant zum Metall diffundiert. Dabei fressen sich die Metallteilchen punktuell in die Diamantoberfläche hinein und verursa­ chen eine für die hier in Betracht kommenden Zwecke vorteilhafte Topografie.

Derartige vorbehandelte Diamantkörner lassen sich besonders vorteilhaft in galvanisch abzuscheidenden Metallen wie Nickel und Ko­ balt binden, da dieses Bindungsmaterial in die Poren eindringt, nach dem die Diamant­ körner zuvor beispielsweise mit einer Säure gereinigt sind.

Dafür können synthetische wie auch natürliche Diamanten Verwendung finden, jedoch hat ihre Weiterverarbeitung in hoher Konzentration in pulvermetallurgisch hergestellten Bindungen keinen besonderen Nutzen bisher erkennen lassen.

Ein wesentlicher Vorteil ist es, daß sich Diamantkörnungen von wesentlich geringerer Größe verwenden lassen, als es bisher notwen­ dig erschien. Es ist deshalb beispielsweise möglich für die Schutzschichten Diamantkörner von wesentlich geringerer Korngröße zu verwen­ den, als der Größe der Diamantkörner des Segmentgrundkörpers, in dem die größeren Diamantkörner nach wie vor insbesondere pul­ vermetallurgisch gebunden sein können. Die erfindungsgemäßen Segmente können demzufolge beispielsweise Schutzschichten aufweisen, in denen die Diamantkörner eine Korngröße haben von 10 bis 200 µm und die Diamantkörner im Segmentgrundkörper eine Größe von 300 bis 1000 µm, wobei die Schichtstärke einer Schutzschicht etwa 0,2 bis 0,5 mm betragen kann, auch wenn die Segmente eine Länge haben von etwa 40 mm. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß die Diamanten in der Schutzschicht durch die zusätzlich getroffenen Maßnahmen eine extreme Haftung aufweisen, so daß sie sich nicht so schnell verbrauchen, wie der übrige Grundkörper des Segmentes.

Den Schutzschichten kommt damit, sobald sie parallel zur Schnittrichtung ausgerichtet sind, auch eine Führungsfunktion zu, da sie im Sinne von Leitwänden wirksam sind. Ein weiterer Vorteil ist es, daß durch den extrem festen Sitz der besonders vorbehandelten Diamanten in der galvanischen Bindung der Schutzschicht der Ausnutzungsgrad des für die Steinbearbeitung eingesetzten hochwertigen und teuren Diamantmaterials beachtlich erhöht wird. Daraus resultiert eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Steinbearbeitung unter Einsatz solcher mit den genannten Seiten­ schutz versehene Segmente.

Durch die besondere Härte der Seitenschutz­ schichten werden Abnutzungen an den Kanten nicht nur verhindert, sondern es ergibt sich durch die hohe Standzeit der extrem harten Seitenschutzschichten eine zusätzliche Seiten­ führung, durch welche die Schnittleistung verbessert wird und die Abtragsleistung der Werkzeuge bei einer Steinbearbeitung wesent­ lich erhöht wird.

Schließlich ist es ein Vorteil, daß die Schneidelemente umso kürzer ausgebildet sein können, je höher der Diamantanteil ist, wobei extreme Werte zu erzielen sind, wenn das ge­ samte Segment so ausgebildet ist, wie die vor­ beschriebenen Schutzschichten. Demgemäß können für die neuartigen Schneidsegmente Regellängen in Schnittrichtung in der Größenordnung von 4 bis 20 mm in Betracht kommen im Gegensatz zu bisher üblichen Längen von 40 mm.

Die Anordnung der Verschleißschutzschichten ist nicht beschränkt auf die parallel zur Schnittrichtung ausgerichteten Wände eines Schneidelementes. Nach der Erfindung ist vielmehr auch vorgesehen, die Stirnflächen eines Schneidsegmentes mit einer Verschleiß­ schutzschicht zu versehen, die aus galvani­ schen niedergeschlagenen Diamanten in hoher Konzentration bestehen. In derartigen Fällen kommt den Verschleißschutzschichten nicht zusätzlich eine Führungsfunktion zu, wie den seitlich angeordneten Schutzschichten, sondern insbesondere eine Schutzfunktion für die übrigen Bestandteile bzw. Zonen des Schneidsegmentes. Dabei kann ein einzelnes Schneidsegment auf seiner Vorder- wie auch auf seiner Rückseite mit einer Schutzschicht versehen sein, wie es dann zweckmäßig ist, wenn das Schneidelement Verwendung findet an einem hin- und hergehenden bzw. sich hin- und herbewegenden Werkzeug wie beispielsweise einer Gattersäge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach­ stehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Teilausschnitt einer Trennsäge;

Fig. 2 ein Teilausschnitt einer Kreissäge;

Fig. 3 ein Teilausschnitt einer Gattersäge;

Fig. 4 ein Segment mit zwei außenliegenden Schutzschichten im Querschnitt;

Fig. 5 ein Segment mit vier Schutzschichten in der Draufsicht;

Fig. 6 ein Segment mit einer in einer Ebene angeordneten Diamanten und vier Schutzschichten in der Draufsicht;

Fig. 7 ein Segment mit drei Schutzschichten im Querschnitt und

Fig. 8 ein Segment, das vollständig aus Schutz­ schichtmaterial besteht.

In der Fig. 1 ist eine Trennsäge wiedergege­ ben, deren Sägeblatt 2 radial vorstehende Zähne aufweist, welche jeweils auf ihrer Stirnseite ein Schneidsegment 4 tragen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Schneidsegmente auf den Außenseiten der Zähne angeordnet und bei der Gattersäge nach Fig. 3 sind die Schneidsegmente 4 auf der Untersei­ te der Zähne angeordnet.

Diese Schneidsegmente 4 können entsprechend den Ausführungsformen Fig. 4 bis 8 von unter­ schiedlicher Beschaffenheit sein. Ihnen ge­ meinsam ist jedoch, daß sie in bestimmten Bereichen galvanisch niedergeschlagene Dia­ mantkörner von geringem Durchmesser tragen, die durch eine künstliche Aufrauhung eine so stark vergrößerte Oberfläche aufweisen, daß sie in einer Konzentration angeordnet sind, in der sich die Mehrzahl von ihnen unmittelbar miteinander bzw. den neben ihnen liegenden Körnern berührt.

Das Segment nach Fig. 4, das Anwendung finden kann bei einer Kreissäge entsprechend Fig. 2 oder einer Gattersäge nach Fig. 3, besteht aus einem Segmentgrundkörper 7, der Einzel­ diamanten enthält, die pulvermetallurgisch bzw. im Sinterverfahren gebunden sind. Zum Schutze dieses Segmentgrundkörpers 7 sind zwei Verschleißschutzschichten 8 und 9 ange­ ordnet, die parallel zur Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Diese Verschleißschutz­ schichten haben eine Stärke von lediglich 0,3 mm, jedoch einen Diamantanteil in der Größenordnung von 8 Karat/cm³. Dafür sind die einzelnen Diamantkörner vor ihrer galva­ nischen Bindung in Nickel oder Kobalt künst­ lich aufgerauht und zwar soweitgehend, daß die künstlich erzeugte Oberfläche größer ist als das Doppelte der natürlichen Oberflä­ che. Dies erfolgt durch Ätzen nach einem Hydrierverfahren, nach welchem die Diamantkör­ ner in einem vorzugsweise karbidbildenden Metallpulver eingebettet einer Hitze von etwa 700°C ausgesetzt sind, sowie einem Strom von Wasserstoff oder einem wasserstoff­ haltigen Gas.

Das Segment nach Fig. 5 weist zusätzlich zu den beiden seitlich aneordneten Schutz­ schichten eine vordere und eine hintere Schutzschicht 10 bzw. 11 auf und ist dadurch geeignet für die Anordnung an einer Gatter­ säge entsprechend Fig. 3, die sich entspre­ chend dem Doppelpfeil 5 und 6 hin- und herbe­ wegt, wobei wechselweise die Funktionen der Schutzschichten 10 und 11 ausgenutzt werden. Darüber hinaus tragen auch in diesem Fall die Seitenschutzschichten 8 bzw. 9 zur seit­ lichen Führung bei und verhindern eine Abrun­ dung der Kanten des Segmentes, da diese Sei­ tenschichten härter sind als die übrigen Bestandteile des Segmentes.

Die Ausführung nach Fig. 6 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen im wesentlich dadurch, daß der Segmentgrundkörper aus einer in einer Ebene angeordneten Schicht von Dia­ manten besteht. Diese Diamantschicht, die aus Körnern mit einem Durchmesser von bei­ spielsweise 1000 µm besteht, ist allseitig umgeben von Schutzschichten 8, 9, 10 und 11, welche wie vorbeschrieben aus Diamanten wesentlich geringerer Korngröße und höherer Diamantanteile besteht, die galvanisch gebun­ den sind. Auch ein solches Segment ist, wie die Ausführungsform nach Fig. 5, geeignet, für eine hin- und hergehende Bewegung, das heißt beispielsweise für eine Gattersäge 3.

Die Fig. 8 zeigt ein Segment in der Drauf­ sicht, das allgemein für Sägen bestimmt ist und dafür sich vollständig zusammensetzt aus dem Material der vorbeschriebenen Schutz­ schichten. Dieses Segment besteht also aus Diamantkörnern geringen Durchmessers wie von etwa 100 µm, die künstlich aufgerauht sind und galvanisch gebunden sind in einem Metall wie Kobalt der Nickel und zwar in einer Konzentration von annähernd 10 Karat/ cm³. Dafür sind diese Diamantkörner zuvor aufgerauht in der vorbeschriebenen Art und Weise.

Claims (10)

1. Schneidsegment für eine Säge zur Steinbear­ beitung das metallisch gebundene Diamant­ körner enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneidsegment (4) mindestens auf einer seiner Außenseiten eine Verschleiß­ schutzschicht (8-11) trägt, die aus galva­ nisch niedergeschlagenen Diamanten besteht, deren Körnungsgröße kleiner und deren Dia­ mantanteil in der Schicht größer ist, als die des Segmentgrundkörpers (7).

2. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch niederge­ schlagene Schutzschicht (8-11) aus Diamant­ körnern besteht, deren Oberfläche durch Ätzen im Reduktionsverfahren mit porenför­ migen Vertiefungen auf mindestens das Dop­ pelte der natürlichen Oberflächengröße erwei­ tert ist, wobei sich die Mehrheit der Dia­ mantkörner mit benachbarten Diamantkörnern innerhalb der Schutzschicht unmittelbar berührt.

3. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diamantanteil in den Schutzschichten (8-11) 5 bis 10 Ka­ rat/cm³ beträgt.

4. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Dia­ mantkörner der Schutzschicht (8-11) gerin­ ger ist, als die halbe Korngröße der Dia­ mantkörner des Segmentgrundkörpers (7).

5. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner in einer Schutzschicht (8-11) eine Korngröße haben von 10 bis 200 µm und die Diamantkör­ ner im Segmentgrundkörper (7) von 300- 1000 µm.

6. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke einer Schutzschicht (8-11) 0,2 bis 0,5 mm beträgt.

7. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten des Seg­ mentgrundkörpers (7) in einer einzigen Ebene angeordnet sind und Schutzschichten (8-11) auf einer oder mehreren Seiten der Diamanten des Grundkörpers (7) angeordnet sind.

8. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichten (8, 9) an den Außenseiten des Schneidseg­ mentes (4) parallel zu der Schnittrich­ tung (5, 6) verlaufend angeordnet sind.

9. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht (10, 11) an der Stirnseite eines Schneid­ segmentes (4) quer zu der Schnittrichtung (5) verlaufend angeordnet ist.

10. Schneidsegment für eine Säge zur Steinbear­ beitung, das metallisch gebundene Diamant­ körner enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Segmentgrundkörper aus galvanisch niedergeschlagenen Diamanten besteht, die durch eine vorausgegangene porenbildende Ätzung auf eine über das Doppelte der natürlichen Größe aufgerauhte Oberflä­ che aufweisen und in einer Diamantkonzentra­ tion von über 5 Karat/cm³ angeordnet sind.