DE4202953C2 - Sägeblatt - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Sägeblatt gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Herkömmliche Sägeblätter aus dem Stand der Technik bestehen
im allgemeinen aus Metall bzw. Metallegierungen. In ihrer
einfachsten Ausführungsform sind die Zähne integraler Be
standteil der eigentlichen Sägeblattfläche. Die Schnittflä
chen der Zähne sind lediglich angeschliffen.
Zur Verbesserung der Schneideigenschaften, insbesondere zur
Vermeidung des Festklemmens des Sägeblattes im Schnittkanal,
ist es seit langem bekannt, Sägezähne seitlich aus der
Schnittebene herauszubiegen, so daß die Schnittflächen
seitlich über die Sägeblattfläche hinausragen. Derart geformte
Zähne werden als geschränkte Zähne bezeichnet. Ein
derartiges Sägeblatt mit geschränkten Zähnen, welches einstückig
aufgebaut ist, ist beispielsweise aus der DE-AS 10 03 944
bekanntgeworden, von der die Erfindung ausgeht.
Bei erhöhten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich des
zu schneidenden Materials, der Arbeitsgeschwindigkeit oder
der Haltbarkeit des Sägeblatts, ist es erforderlich, die
Zähne vollständig bzw. wenigstens im Bereich der Schnittflä
chen zu verstärken.
Üblicherweise werden hierfür an das aus Stahl bestehende
Sägeblatt angelötete oder angeschweißte Einsätze aus Hartme
tall vorgesehen, die die gewünschten Festigkeitseigenschaf
ten aufweisen. Häufig werden derartige Sägeblätter auch mit
Schränkungen versehen.
Der Nachteil dieser hartmetallbestückten Sägeblätter besteht
jedoch in dem hohen Anschaffungspreis, der durch das aufwen
dige Fertigungsverfahren bedingt ist. Auch lassen sich nicht
beliebige Zahnformen, insbesondere im Flankenbereich, reali
sieren, wie dies im Hinblick auf ein optimales Schnittergeb
nis wünschenswert wäre.
Es wurde deshalb auch schon in der DE-Z Werkzeuge 87/88
"Durch und durch hart; Kreissägeblätter aus Vollhartmetall"
vorgeschlagen, Kreissägeblätter einstückig aus Hartmetall
herzustellen. Hierzu wird Metallpulver unter hohem Druck in
Formen gepreßt und zunächst bei Temperaturen von 800-1000°C
vorgesintert. Danach werden die Preßlinge, die die Form
von Ronden haben, mechanisch bearbeitet und im Anschluß
daran fertiggesintert. Entscheidend hierbei ist demnach die
mechanische Bearbeitung der Ronden, d. h. die Ausformung der
Schneidflächen bzw. Zähne. Derartige Sägeblätter sind jedoch
teuer, da das Herstellverfahren ein zweimaliges Sintern mit
zwischengeschalteter mechanischer Bearbeitung erfordert.
Auch sind damit keine Sägeblätter mit geschränkten Zähnen
herstellbar, da es problematisch ist, derart dünne Ronden
mit der erforderlichen Gleichmäßigkeit zu pressen, da lokale
Materialanhäufungen des Metallpulvers durch den Preßvorgang
nicht immer mit der erwünschten Zuverlässigkeit ausgeglichen
werden können. Hierdurch entstehen Inhomogenitäten, insb. in
Bereichen der geschränkten Zähne, die sehr rasch zum Bruch
des Sägeblattes führen würden. Aus diesem Grund sind lediglich
Sägeblätter dargestellt, die keine Schränkung aufweisen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Sägeblatt zur
Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile nicht mehr
aufweist.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Sägeblatt gemäß
dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteil
hafte Ausgestaltungen des Sägeblatts ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Das Problem wird weiterhin durch ein Verfahren gelöst, mit
dessen Hilfe die Herstellung eines derartigen Sägeblatts
möglich ist. Vorteilhafte Ausprägungen des Verfahrens erge
ben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Sägeblatt komple
xer Geometrie einstückig aus keramischem Material im Spritzgießverfahren
herzustellen.
Hierfür geeignete Materialien sind ursprünglich aus der
Porzellanherstellung bekannt. In jüngerer Zeit wurde Keramik
in zunehmendem Maße auch in verschiedenen technischen Berei
chen eingesetzt. So werden beispielsweise präzise Zahnräder,
Sperräder, Spulenkörper oder sogar Gasturbinenschaufeln aus
Keramik gefertigt. Auch ist bereits der Einsatz von Keramik
als Schneidkeramik für bestimmte Anwendungsfälle bekannt. So
wurde bereits in der DE-Z m+w 20/1990 - Fertigungstechnik 7
"4 Ideale Schneidstoffe" über die Herstellung von Wendeschneidplatten
aus dem Hartstoff Cermet berichtet. Weiterhin
wird in der DE-Z Technica 12/1990 "Schneidkeramik für
die Hochleistungszerspanung" auf die Möglichkeit verwiesen,
Dreh- und Fräswerkzeuge aus Schneidkeramik zu fertigen. In
beiden Fällen handelt es sich allerdings um relativ dicke
Werkzeuge, die einstückig gesintert werden. Auch in diesem
Fall scheitert die Anwendung der daraus bekannten Technologie
auf die Herstellung von geschränkten Sägeblättern daran,
daß es nicht gelingt, den Werkstückrohlung ausreichend
homogen zu pressen. Die Problematik ist unmittelbar vergleichbar
mit der oben geschilderten Schwierigkeit im Zusammenhang
mit dem Verpressen von Hartmetallpulver.
Erfindungsgemäß wird die beschriebene Problematik im Zusammenhang
mit den beim Pressen der Grünlinge auftretenden
Inhomogenitäten dadurch umgangen, daß das Sägeblatt im
Spritzgießverfahren hergestellt ist. Das Spritzgießverfahren
gewährleistet eine homogene Materialverteilung, so daß eine
an sich beliebig komplexe Formgebung, und damit insbesondere
die Gestaltung der Schränkung, möglich wird. Zugleich wird
eine Formgebung des Grünlings in einer derartigen Präzision
möglich, daß nach dem Durchlaufen des Sinterprozesses eine
Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist und insbesondere
auch die Schneidflächen keiner weiteren Behandlung bedürfen.
Dies ist von besonderem Vorteil, da es bekannt ist, daß bei
keramischen Werkstoffen einzelne Gefügekörner bei der Endbearbeitung
vollständig herausbrechen oder einzelne Kornbruchstücke
herausplatzen. Diese können zur Folge haben, daß
Risse im Korn induziert werden, die die Kerbempfindlichkeit
erheblich erhöhen.
Das erfindungsgemäße Sägeblatt wird nachstehend und unter
Zuhilfenahme der Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Sägeblatt in seiner
Ausgestaltung als Kreissägeblatt in Draufsicht,
Fig. 2 die Seitenansicht von Fig. 1,
Fig. 3 die Einzelheit Z aus Fig. 1,
Fig. 4 den Schnitt A-A in Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sägeblatt 1 dargestellt,
auf dessen Umfang eine Vielzahl von Zähnen 2 angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt das Sägeblatt in Seitenansicht. Es besitzt die
beiden Sägeblattflächen 11 und 12. Aus der Sägeblattfläche
11 erhebt sich am Übergang 4 der Einspannbereich 3.
Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit Z
aus Fig. 1. Sie verdeutlicht die Gestaltung des Zahns,
insbesondere die Zahnflanke 22.
In Fig. 4 ist schließlich der Schnitt A-A dargestellt und
dient der Erläuterung der Schränkung der Zähne. Sie zeigt
die Schnittfläche 20, die seitlich hinausragt und von der
Kante 21 begrenzt wird.
Bildlich nicht darstellbar ist die Materialbeschaffenheit
des Sägeblatts, das aus Keramik besteht.
Als besonders vorteilhaft haben sich Sägeblätter erwiesen,
die aus einer sogenannten Oxydkeramik bestehen. Insbesondere
trifft dies für Aluminiumoxyd (Al2O3) und Zirkonoxyd
(ZrO2) zu.
Aluminiumoxyd, vor allem solches mit hohem Reinheitsgrad
(beispielsweise höher als 95 %) gibt dem Sägeblatt eine
extrem hohe Verschleißfestigkeit.
Zirkonoxyd hingegen ist weniger verschleißfest, sorgt jedoch
für eine hohe Elastizität des Sägeblatts.
Je nach Anwendungszweck und gewünschter Eigenschaft kann
deshalb ein Sägeblatt aus Aluminiumoxyd oder Zirkonoxyd
gewählt werden.
Es hat sich auch gezeigt, daß es möglich ist, beide Eigen
schaften in der gewünschten Ausprägung dadurch zu erhalten,
daß als Ausgangsmaterial Mischungen von Aluminium- und
Zirkonoxyd eingesetzt werden. So können beliebige Mischungs
verhältnisse zwischen 0 % und 100 % realisiert werden, die
den gewünschten Eigenschaftsmix liefern. Besonders vorteil
haft ist eine Mischung von 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd
und 20 Gewichtsprozent Zirkonoxyd. Sie liefert ein ausgewo
genes Verhalten hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Ela
stizität.
Die erfindungsgemäßen Sägeblätter aus Keramik weisen auf
grund des verwendeten Materials eine Dichte im Bereich
zwischen 4 und 6 g/cm3 auf. Gegenüber herkömmlichen
Sägeblättern aus Hartmetall, deren Dichte bei etwa 12
g/cm3 liegt, ergeben sich im Betrieb eine Reihe von
Vorteilen.
Durch die Isoliereigenschaft des Keramikmaterials findet,
kaum eine Erwärmung des Sägeblatts statt. Dies erhöht die
Arbeitssicherheit, da Verbrennungen durch versehentliches
Berühren des erhitzten Sägeblatts unmöglich sind. Auch ist
die Gefahr des Anbackens von dem zu durchtrennenden Material
am Sägeblatt ausgeschaltet. Eine zusätzliche thermische
Belastung des Maschinenlagers und der Einspannung, wie sie
sonst bei erhitzten Metallsägeblättern auftritt, ist nicht
gegeben. Ein Ausglühen mit der Folge des Totalverlustes der
Funktionsfähigkeit ist nicht denkbar.
Für den Fall eines Kreissägeblattes, das üblicherweise mit
hohen Drehzahlen betrieben wird, ergeben sich geringere
Fliehkräfte, die Gefahr eines Sägeblattbruchs ist erheblich
geringer. Selbst im Fall eines Sägeblattbruchs besteht kaum
Verletzungsgefahr. Auch treten weniger Unwuchtprobleme auf,
die sich positiv auf die Lebensdauer des Maschinenlagers
auswirken.
Durch die hohe Steifigkeit des Keramikmaterials treten auch
geringere Schwingungen in Axialrichtung des Kreissägeblatts
auf. Dies macht sich in einer gegenüber herkömmlichen Me
tallsägeblättern reduzierten Geräuschentwicklung bemerkbar.
Vor allem lassen sich präzisere Schnittkanten erzielen.
Bevorzugt wird die Zahnflanke 22 so gestaltet, daß sie
ausgehend von der Kante 21 kontinuierlich abfallend in die
Sägeblattfläche 11, 12 übergeht. Ein Klemmen des Sägeblatts
im zu durchtrennenden Werkstoff wird damit weitgehend ausge
schlossen. Auch läßt sich eine Kerbe, wie sie bei Metallsä
geblättern mit Hartmetalleinsatz fast immer vorliegt, ver
meiden, die Gefahr eines Zahnbruchs ist damit erheblich
reduziert.
Das Haupteinsatzgebiet des erfindungsgemäßen Sägeblatts
liegt in der Ausgestaltung als Kreissägeblatt. Dort lassen
sich aufgrund des verwendeten Werkstoffs weitere Vorteile im
Bereich der Formgebung erzielen. So kann der Einspannbereich
3 frei gestaltet werden. Besondere Bedeutung kommt dabei dem
Übergang 4 zur äußeren Sägeblattfläche 12 zu. Zur Verminde
rung der Bruchgefahr an der Übergangsstelle wird bevorzugt
ein Kreisbogensegment vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Säge
blatt als Stichsägeblatt ausgebildet.
Zur Herstellung derartiger Sägeblätter wird erfindungsgemäß
das sogenannte Pulver-Spritzgießverfahren angewendet. Dieses
Verfahren ist an sich schon seit langem bekannt und wird
beispielsweise zur Herstellung von Isolationskörpern, Spu
lenkörpern, Zahnrädern und dergleichen angewendet. Eine
Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Sägeblät
tern oder anderen spanabhebenden Werkzeugen ist jedoch nicht
bekannt geworden.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Ausgangsmaterial
erstellt. Es besteht im wesentlichen aus Keramik in Pulver
form und einem Bindemittel. Beim Bindemittel handelt es sich
um einen Füllstoff, der die Verarbeitung des Keramikpulvers
im Spritzgießprozeß ermöglicht. Für die vorliegende Aufga
benstellung hat sich ein Bindemittel in Form eines Polymers
als besonders geeignet erwiesen. Bevorzugt wird ein organi
sches Bindemittel auf Polyolefinbasis eingesetzt.
Der Füllstoffgehalt kann bei vorliegendem Verfahren 90
Gewichtsprozent und mehr erreichen, so daß es sich bei dem
Ausgangsmaterial um ein sogenanntes hochgefülltes Thermo
plast handelt.
Der nächste Schritt besteht aus einem Mischprozeß, bei dem
das Keramikpulver und das Bindemittel zumeist mittels eines
Kneters durchmischt werden. Zur Verbesserung der Homogenität
ist ein weiterer Aufbereitungsschritt in der Spritzgießma
schine möglich.
Nach dieser Aufbereitung wird das Ausgangsmaterial in der
Spritzgießmaschine plastifiziert und in die eigentliche Form
gepreßt. Das so erhaltene Zwischenprodukt wird als Grünling
bezeichnet. Er besitzt nur eine geringe Festigkeit, für
dessen Zusammenhalt das Bindemittel mit ausschlaggebend ist.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das Bindemittel ausge
trieben. Dies erfolgt thermisch und kann sich über einen
längeren Zeitraum hinziehen. Die benötigte Zeit hängt davon
ab, wie schnell die gasförmigen Zersetzungsprodukte aus dem
Grünling abgeführt werden können.
In der letzten Prozeßstufe werden die Teile in einem Schutz
gas- oder Sinterofen auf ihre Enddichte gesintert.
Nach Durchlaufen des Prozesses hat das Sägeblatt seine
endgültige Form erreicht. Eine weitere Nachbearbeitung ist
nicht erforderlich. Dies ist der Grund dafür, daß durch die
Anwendung dieses Verfahrens die kostengünstige Fertigung
großer Stückzahlen möglich ist.
Claims (13)
1. Einstückiges Sägeblatt mit geschränkten Zähnen, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus Keramik besteht und im Spritzgießverfahren
hergestellt ist.
2. Sägeblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Keramik eine Oxydkeramik ist.
3. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxydkeramik Aluminiumoxyd (Al2O3) ist.
4. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxydkeramik Zirkonoxyd (ZrO2) ist.
5. Sägeblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxydkeramik ein Gemisch aus Aluminiumoxyd und Zir
konoxyd ist.
6. Sägeblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das gewichtsbezogene Mischungsverhältnis von Aluminium
oxyd zu Zirkonoxyd gleich 80 % zu 20 % beträgt.
7. Sägeblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der hinaus
ragenden Kante (21) des Zahns (2) zur Sägeblattfläche
(11, 12) in Form einer kontinuierlich verlaufenden
Zahnflanke (22) gestaltet ist.
8. Sägeblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kreissägeblatt ist.
9. Sägeblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Einspannbereich (3) und der äußeren Säge
blattfläche (12) ein Übergang (4) vorgesehen ist, der
die Form eines Kreisbogensegments hat.
10. Sägeblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß es ein Stichsägeblatt ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sägeblatts nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens folgende Verfahrensschritte durchlaufen
werden:
- a) Zusammenstellen des Ausgangsmaterials, bestehend im wesentlichen aus Keramikpulver und Bindemittel,
- b) Mischen und Homogenisieren des Ausgangsmaterials,
- c) Spritzgießen eines Grünlings,
- d) Entfernen des Bindemittels aus dem Grünling,
- e) Sintern.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
als Ausgangsmaterial ein hochgefülltes Thermoplast
verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein organisches
Bindemittel auf Polyolefinbasis verwendet wird.
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1992
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