EP4171878A1

EP4171878A1 - Verfahren zur herstellung eines grünlings und verfahren zur weiterverarbeitung des grünlings in ein bearbeitungssegment

Info

Publication number: EP4171878A1
Application number: EP21732008.4A
Authority: EP
Inventors: Thorsten Klein; Matthaeus Hoop; Thomas Britt; Jens Stracke; Steven Moseley; József SZABÓ
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2023-05-03
Also published as: WO2021259652A1; US20230294244A1; EP3928905A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Grünlings für ein Bearbeitungssegment (51) aus einem pulver- oder granulatförmigen ersten Matrixwerkstoff (56) und ersten Hartstoffpartikeln (57), wobei das Bearbeitungssegment mit einer Unterseite (61) mit einem Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges verbunden wird. Das Bearbeitungssegment (51) weist an einer der Unterseite (61) gegenüber liegenden Oberseite (62) einen Überstand (Δ) der ersten Hartstoffpartikel (57) auf.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Grünlings und Verfahren zur Weiterverarbeitung des Grünlings in ein Bearbeitungssegment

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Grünlings gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Grünlings in ein Bearbeitungssegment gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Stand der Technik

Bearbeitungswerkzeuge, wie Kernbohrkronen, Sägeblätter, Abtragscheiben und Trenn schleifketten, umfassen Bearbeitungssegmente, die an einem rohr-, scheiben- oder ringför migen Grundkörper befestigt werden, wobei die Bearbeitungssegmente durch Schweißen, Löten oder Kleben mit dem Grundkörper verbunden werden. Abhängig vom Bearbeitungs verfahren des Bearbeitungswerkzeugs werden Bearbeitungssegmente, die zum Kernbohren eingesetzt werden, als Bohrsegmente, Bearbeitungssegmente, die zum Sägen eingesetzt werden, als Sägesegmente, Bearbeitungssegmente, die zum Abtragen eingesetzt werden, als Abtragsegmente und Bearbeitungssegmente, die zum Trennschleifen eingesetzt werden, als Trennschleifsegmente bezeichnet.

Bearbeitungssegmente für Kernbohrkronen, Sägeblätter, Abtragscheiben und Trennschleif ketten werden aus einem Matrixwerkstoff und Hartstoffpartikeln hergestellt, wobei die Hart stoffpartikel statistisch verteilt vorliegen können oder gemäß einem definierten Partikelmuster im Matrixwerkstoff angeordnet sind. Bei Bearbeitungssegmenten mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln werden der Matrixwerkstoff und die Hartstoffpartikel gemischt, die Mi schung wird in eine passende Werkzeugform eingefüllt und zum Bearbeitungssegment wei terverarbeitet. Bei Bearbeitungssegmenten mit definiert angeordneten Hartstoffpartikeln wird ein Grünling schichtweise aus Matrixwerkstoff aufgebaut, in den die Hartstoffpartikel gemäß dem definierten Partikelmuster angeordnet werden. Bei Bearbeitungssegmenten, die mit dem Grundkörper des Bearbeitungswerkzeuges verschweißt werden sollen, hat sich der Auf bau aus einer Bearbeitungszone und einer Neutralzone bewährt, da einige Kombinationen aus Matrixwerkstoff und Grundkörper nicht schweißbar sind. Die Bearbeitungszone wird aus einem ersten Matrixwerkstoff und die Neutralzone aus einem zweiten Matrixwerkstoff, der vom ersten Matrixwerkstoff verschieden und mit dem Grundkörper schweißbar ist, aufge baut.

Bearbeitungswerkzeuge, die als Kernbohrkrone, Sägeblatt, Abtragscheibe oder Trennschleif kette ausgebildet sein können und für die Nassbearbeitung von Betonwerkstoffen vorgese hen sind, sind für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen nur bedingt geeignet. Bei der Nassbearbeitung von Betonwerkstoffen entsteht ein abrasiver Betonschlamm, der den Bearbeitungsprozess unterstützt und zu einem Selbstschärfen der Bearbeitungssegmente während der Bearbeitung führt. Der Matrixwerkstoff wird durch den abrasiven Betonschlamm abgetragen und neue Hartstoffpartikel werden freigelegt. Bei der Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen kann sich kein abrasiver Betonschlamm bilden, der den Bearbeitungspro zess unterstützen kann. Die Hartstoffpartikel werden schnell stumpf und die Bearbeitungs rate sinkt. Durch den fehlenden Betonschlamm verschleißt der Matrixwerkstoff zu langsam und tiefer liegende Hartstoffpartikel können nicht freigelegt werden.

Für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen sind Bearbeitungssegmente erforderlich, bei denen die ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite einen Überstand gegenüber dem ers ten Matrixwerkstoff aufweisen. Dabei gilt, dass die Bearbeitungsrate, die mit dem Bearbei tungssegment erzielt werden kann, umso höher ist, je grösser der Überstand der ersten Hart stoffpartikel ist. Die europäische Patentanmeldung EP 3 670 041 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes aus einem ersten Matrixwerkstoff und ersten Hartstoffpartikeln, die gemäß einem definierten ersten Partikelmuster angeordnet werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grünling hergestellt wird, bei dem die ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite einen Überstand gegenüber dem ersten Matrixwerk stoff aufweisen. Der Grünling wird mit einem speziellen Pressstempel weiterverarbeitet, wel cher in einer Pressfläche Vertiefungen aufweist, wobei die Anordnung der Vertiefungen dem definierten ersten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel entspricht.

Das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes weist den Nachteil auf, dass für die Weiterverarbeitung des Grünlings zum Bearbeitungssegment ein spezieller Pressstempel mit Vertiefungen in der Pressfläche erforderlich ist, der beim Verdichten oder beim Heißpressen verwendet wird. Für jedes definierte erste Partikelmuster, gemäß dem die ersten Hartstoffpartikel angeordnet werden, ist ein spezieller Pressstempel erforderlich.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Grünlings für ein Bearbeitungssegment zu entwickeln, mit dem Bearbeitungssegmente her gestellt werden können, die an der Oberseite einen Überstand der Hartstoffpartikel aufwei sen. Dabei sollen sowohl bei der Herstellung des Grünlings als auch bei der Weiterverarbei tung des Grünlings in das Bearbeitungssegment herkömmliche Werkzeugkomponenten ver wendet werden; der Einsatz von speziellen Werkzeugkomponenten soll vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Verfahren zur Herstellung eines Grünlings für ein Bearbeitungssegment aus einem pul- ver- oder granulatförmigen ersten Matrixwerkstoff und ersten Hartstoffpartikeln ist erfin dungsgemäß gekennzeichnet durch die Schritte:

^■ Aufträgen eines pulver- oder granulatförmigen Stützmaterials, wobei das Stützma terial vom ersten Matrixwerkstoff verschieden ist,

^■ Anordnen der ersten Hartstoffpartikel gemäß einem definierten Partikelmuster im Stützmaterial, wobei die ersten Hartstoffpartikel teilweise im Stützmaterial ange ordnet werden, und

^■ Aufträgen des ersten Matrixwerkstoffes auf die ersten Hartstoffpartikel und das Stützmaterial.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Grünlings zeichnet sich dadurch aus, dass die Grünlinge stehend aufgebaut werden, d.h. die Aufbaurichtung verläuft senk recht zur Höhenrichtung zwischen der Unterseite und Oberseite des Bearbeitungssegmen tes. Der Überstand der ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite der Bearbeitungssegmente wird mithilfe des pulver- oder granulatförmigen Stützmaterials erzeugt, wobei das Stützmate rial vom ersten Matrixwerkstoff verschieden ist.

Unter dem Begriff "Stützmaterial" werden sämtliche Werkstoffe zum Aufbau von Bearbei tungssegmenten zusammengefasst, in die Hartstoffpartikel eingebettet werden können. Das Stützmaterial ist pulver- oder granulatförmig ausgebildet und vom ersten Matrixwerkstoff ver schieden, es dient dazu, die Hartstoffpartikel vollständig in pulver- oder granulatförmiges Ma terial einzubetten.

Grünlinge, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grünlings hergestellt werden, können mittels bekannter Verfahren zur Weiterverarbeitung des Grün lings in Bearbeitungssegmente weiterverarbeitet werden. Zu den bekannten Verfahren zur Weiterverarbeitung gehören das Verdichten des Grünlings durch Kaltpressen oder Warm pressen zu einem Pressling, der durch Freiformsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungs segment weiterverarbeitet wird oder die Weiterverarbeitung des Grünlings durch Freiformsin tern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment.

Grünlinge werden unter Temperatureinwirkung durch Freiformsintern oder Heißpressen zum fertigen Bearbeitungssegment weiterverarbeitet, wobei die Sintertemperatur des ersten Mat rixwerkstoffes festlegt, bis zu welcher Temperatur die Grünlinge oder Presslinge aufgeheizt werden müssen. Das Stützmaterial kann bei der Weiterverarbeitung des Grünlings zum Be arbeitungssegment seinen pulver- oder granulatförmigen Zustand behalten (erste Variante) oder als Infiltrat den Sintervorgang unterstützen (zweite Variante).

In einer ersten Variante wird ein Stützmaterial mit einer Schmelztemperatur aufgetragen, die höher als die Sintertemperatur des ersten Matrixwerkstoffes ist. Wenn die Schmelztempera tur des Stützmaterials höher als die Sintertemperatur des ersten Matrixwerkstoffes ist, ver bleibt das Stützmaterial beim Aufheizen in seinem pulver- oder granulatförmigen Zustand und kann nach dem Sintervorgang problemlos vom fertigen Bearbeitungssegment entfernt werden.

In einer zweiten Variante wird ein Stützmaterial mit einer Schmelztemperatur aufgetragen wird, die niedriger als die Sintertemperatur des ersten Matrixwerkstoffes ist. Wenn die Schmelztemperatur des Stützmaterials niedriger als die Sintertemperatur des ersten Mat rixwerkstoffes ist, verändert das Stützmaterial beim Aufheizen seinen pulver- oder granulat förmigen Zustand und verflüssigt sich, bevor der erste Matrixwerkstoff versintert. Das flüs sige Stützmaterial kann sich im ersten Matrixwerkstoff verteilen und den Sintervorgang als Infiltrat unterstützen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Weiterverarbeitung eines Grünlings, der mit dem Verfahren zur Herstellung eines Grünlings hergestellt wurde, in ein Bearbeitungsseg ment, welches mit einer Unterseite mit einem Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges verbunden wird. Bei einem Grünling, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstel lung eines Grünlings hergestellt wurde, weisen die ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite einen Überstand gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff auf.

In einer ersten Ausführung wird der Grünling unter Druckeinwirkung zu einem Pressling ver dichtet und der Pressling wird anschließend zum Bearbeitungssegment weiterverarbeitet. Dabei wird der Grünling unter Druckeinwirkung zwischen einem ersten Pressstempel, der die Unterseite des Bearbeitungssegmentes formt, und einem zweiten Pressstempel, der die Oberseite des Bearbeitungssegmentes formt, zum Pressling verdichtet. Besonders bevorzugt wird der Pressling durch Freiformsintern oder Heißpressen zum Bear beitungssegment weiterverarbeitet. Da die ersten Hartstoffpartikel bei einem erfindungsge mäß hergestellten Grünling vollständig in das pulver- oder granulatförmige Stützmaterial ein gebettet wurden, kann beim Heißpressen ein herkömmlicher zweiter Pressstempel verwen det werden, um die Oberseite des Bearbeitungssegmentes zu formen.

In einer zweiten Ausführung wird der Grünling durch Freiformsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment weiterverarbeitet. Da die ersten Hartstoffpartikel bei einem erfindungs gemäß hergestellten Grünling vollständig in pulver- oder granulatförmiges Stützmaterial ein gebettet wurden, kann beim Heißpressen ein herkömmlicher zweiter Pressstempel verwen det werden, um die Oberseite des Bearbeitungssegmentes zu formen.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrie ben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht ver zerrter Form ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Än derungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeig ten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegen stand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Ge genstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Gren zen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Es zeigen:

FIGN. 1A, B zwei Varianten eines als Kernbohrkrone ausgebildeten Bearbeitungswerkzeu ges;

FIGN. 2A, B zwei Varianten eines als Sägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeuges; FIG. 3 ein als Abtragscheibe ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug; FIG. 4 ein als Trennschleifkette ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug;

FIGN. 5A-C einen Grünling (FIG. 5A), der zu einem Pressling verdichtet (FIG. 5B) und zu einem Bearbeitungssegment weiterverarbeitet wird (FIG. 5C); FIGN. 6A-D die Herstellung des Grünlings der FIG. 5A mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grünlings;

FIGN. 7A, B einen Grünling (FIG. 7A), der zu einem Bearbeitungssegment weiterverarbei tet wird (FIG. 7B).

FIGN. 1A, B zeigen zwei Varianten eines als Kernbohrkrone 10A, 10B ausgebildeten Bear beitungswerkzeuges. Die in FIG. 1A dargestellte Kernbohrkrone 10A wird im Weiteren als erste Kernbohrkrone und die in FIG. 1 B dargestellte Kernbohrkrone 10B als zweite Kern bohrkrone bezeichnet, ausserdem werden die erste und zweite Kernbohrkrone 10A, 10B un ter dem Begriff "Kernbohrkrone" zusammengefasst.

Die erste Kernbohrkrone 10A umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 11A, einen rohrför mig ausgebildeten Grundkörper 12A und eine Werkzeugaufnahme 13A. Die Bearbeitungs segmente 11A, die zum Kernbohren eingesetzt werden, werden auch als Bohrsegmente be zeichnet und der rohrförmig ausgebildete Grundkörper 12A wird auch als Bohrschaft be zeichnet. Die Bohrsegmente 11A sind fest mit dem Bohrschaft 12A verbunden, beispiels weise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die zweite Kernbohrkrone 10B umfasst ein ringförmiges Bearbeitungssegment 11 B, einen rohrförmig ausgebildeten Grundkörper 12B und eine Werkzeugaufnahme 13B. Das ringför mige Bearbeitungssegment 11 B, das zum Kernbohren eingesetzt wird, wird auch als Bohr ring bezeichnet und der rohrförmig ausgebildete Grundkörper 12B wird auch als Bohrschaft bezeichnet. Der Bohrring 11B ist fest mit dem Bohrschaft 12B verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die Kernbohrkrone 10A, 10B wird über die Werkzeugaufnahme 13A, 13B mit einem Kern bohrgerät verbunden und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät in einer Drehrichtung 14 um eine Drehachse 15 angetrieben. Während der Drehung der Kernbohrkrone 10A, 10B um die Drehachse 15 wird die Kernbohrkrone 10A, 10B entlang einer Vorschubrichtung 16 in ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt, wobei die Vorschubrichtung 16 parallel zur Drehachse 15 verläuft. Die Kernbohrkrone 10A, 10B erzeugt im zu bearbeitenden Werkstück einen Bohr kern und ein Bohrloch.

Der Bohrschaft 12A, 12B ist im Ausführungsbeispiel der FIGN. 1A, B einteilig ausgebildet und die Bohrsegmente 11A bzw. der Bohrring 11 B sind fest mit dem Bohrschaft 12A, 12B verbunden. Alternativ kann der Bohrschaft 12A, 12B zweiteilig aus einem ersten Bohrschaft abschnitt und einem zweiten Bohrschaftabschnitt ausgebildet sein, wobei die Bohrsegmente 11A bzw. der Bohrring 11B fest mit dem ersten Bohrschaftabschnitt und die Werkzeugauf nahme 13A, 13B fest mit dem zweiten Bohrschaftabschnitt verbunden ist. Der erste und zweite Bohrschaftabschnitt werden über eine lösbare Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Die lösbare Verbindungseinrichtung ist beispielsweise als Steck-Dreh-Verbin- dung, wie in EP 2 745 965 A1 oder EP 2 745966 A1 beschrieben, ausgebildet. Die Ausbil dung des Bohrschaftes als einteiliger oder zweiteiliger Bohrschaft hat keinen Einfluss auf den Aufbau der Bohrsegmente 11A bzw. des Bohrringes 11 B.

FIGN. 2A, B zeigen zwei Varianten eines als Sägeblatt 20A, 20B ausgebildeten Bearbei tungswerkzeuges. Das in FIG. 2A dargestellte Sägeblatt 20A wird im Weiteren als erstes Sä geblatt und das in FIG. 2B dargestellte Sägeblatt 20B als zweites Sägeblatt bezeichnet, aus serdem werden das erste und zweite Sägeblatt 20A, 20B unter dem Begriff "Sägeblatt" zu sammengefasst.

Das erste Sägeblatt 20A umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 21 A, einen scheibenför mig ausgebildeten Grundkörper 22A und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungsseg mente 21A, die zum Sägen eingesetzt werden, werden auch als Sägesegmente bezeichnet und der scheibenförmig ausgebildete Grundkörper 22A wird auch als Stammblatt bezeichnet. Die Sägesegmente 21A sind fest mit dem Stammblatt 22A verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Das zweite Sägeblatt 20B umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 21 B, einen ringförmig ausgebildeten Grundkörper 22B und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungssegmente 21 B, die zum Sägen eingesetzt werden, werden auch als Sägesegmente bezeichnet und der ringförmig ausgebildete Grundkörper 22B wird auch als Ring bezeichnet. Die Sägesegmente 21 B sind fest mit dem Ring 22B verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Das Sägeblatt 20A, 20B wird über die Werkzeugaufnahme mit einer Säge verbunden und im Sägebetrieb von der Säge in einer Drehrichtung 24 um eine Drehachse 25 angetrieben. Während der Drehung des Sägeblattes 20A, 20B um die Drehachse 25 wird das Sägeblatt 20A, 20B entlang einer Vorschubrichtung bewegt, wobei die Vorschubrichtung parallel zur Längsebene des Sägeblattes 20A, 20B verläuft. Das Sägeblatt 20A, 20B erzeugt im zu bear beitenden Werkstück einen Sägeschlitz.

FIG. 3 zeigt ein als Abtragscheibe 30 ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug. Die Abtrag scheibe 30 umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 31, einen Grundkörper 32 und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungssegmente 31 , die zum Abtragen eingesetzt werden, werden auch als Abtragsegmente bezeichnet und der scheibenförmig ausgebildete Grund körper 32 wird auch als Topf bezeichnet. Die Abtragsegmente 31 sind fest mit dem Topf 32 verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen. Die Abtragscheibe 30 wird über die Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeuggerät verbun den und im Abtragbetrieb vom Werkzeuggerät in einer Drehrichtung 34 um eine Drehachse 35 angetrieben. Während der Drehung der Abtragscheibe 30 um die Drehachse 35 wird die Abtragscheibe 30 über ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt, wobei die Bewegung der senkrecht zur Drehachse 35 verläuft. Die Abtragscheibe 30 entfernt die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks.

FIG. 4 zeigt ein als Trennschleifkette 40 ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug. Die Trenn schleifkette 40 umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 41 , mehrere gliedförmig ausgebil dete Grundkörper 42 und mehrere Verbindungsglieder 43. Die Bearbeitungssegmente 41 , die zum Trennschleifen eingesetzt werden, werden auch als Trennschleifsegmente bezeich net und die gliedförmig ausgebildeten Grundkörper 42 werden auch als Treibglieder bezeich net.

Die Treibglieder 42 werden über die Verbindungsglieder 43 verbunden. Im Ausführungsbei spiel sind die Verbindungsglieder 43 über Nietbolzen mit den Treibgliedern 42 verbunden.

Die Nietbolzen ermöglichen eine Drehung der Treibglieder 42 relativ zu den Verbindungsglie dern 43 um eine Drehachse, die durch das Zentrum der Nietbolzen verläuft. Die Bearbei tungssegmente 41 sind fest mit den Treibgliedern 42 verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die Trennschleifkette 40 wird über eine Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeuggerät ver bunden und im Betrieb vom Werkzeuggerät in einer Drehrichtung angetrieben. Während der Drehung der Trennschleifkette 40 wird die Trennschleifkette 40 in ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt.

Die Herstellung eines Bearbeitungssegmentes 51 , das an seiner Oberseite Hartstoffpartikel mit einem Überstand gegenüber dem Matrixwerkstoff aufweist, erfolgt mithilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Grünlings und des Verfahrens zur Weiter verarbeitung des Grünlings in ein Bearbeitungssegment. In einer ersten Stufe wird ein Grün ling 52 hergestellt, in einer zweiten Stufe wird der Grünling 52 zu einem Pressling 53 verdich tet und in einer dritten Stufe wird der Pressling 53 zum Bearbeitungssegment 51 weiterverar beitet. Alternativ kann in einer ersten Stufe ein Grünling hergestellt werden, der in einer zwei ten Stufe zum Bearbeitungssegment weiterverarbeitet wird.

FIGN. 5A-C zeigen den Grünling 52 (FIG. 5A), den Pressling 53 (FIG. 5B) und das Bearbei tungssegment 51 (FIG. 5C). Das Bearbeitungssegment 51 ist aus einer Bearbeitungszone 54 und einer Neutralzone 55 aufgebaut. Die Neutralzone 55 ist erforderlich, wenn das Bear- beitungssegment 51 mit dem Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges verschweißt wer den soll und die Kombination aus Matrixwerkstoff und Grundkörper nicht schweißbar ist; bei schweißbaren Kombinationen aus Matrixwerkstoff und Grundkörper kann die Neutralzone 55 entfallen.

Die Bearbeitungszone 54 ist aus einem pulver- oder granulatförmigen ersten Matrixwerkstoff 56 und ersten Hartstoffpartikeln 57, die gemäß einem definierten ersten Partikelmuster ange ordnet sind, aufgebaut und die Neutralzone 55 ist aus einem pulver- oder granulatförmigen zweiten Matrixwerkstoff 59 aufgebaut. Unter dem Begriff "Matrixwerkstoff" werden sämtliche Werkstoffe zum Aufbau von Bearbeitungssegmenten zusammengefasst, in die Hartstoffparti kel eingebettet werden können. Matrixwerkstoffe können aus einem Werkstoff bestehen oder als Gemisch aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt sein. Unter dem Begriff "Hartstoffpartikel" werden sämtliche Schneidmittel für Bearbeitungssegmente zusammenge fasst; dazu gehören vor allem einzelne Hartstoffpartikel, Verbundteile aus mehreren Hart stoffpartikeln und beschichtete oder gekapselte Hartstoffpartikel.

Das Bearbeitungssegment 51 entspricht vom Aufbau und der Zusammensetzung den Bear beitungssegmenten 11 A, 21 A, 21 B, 31 , 41; das als Bohrring ausgebildete Bearbeitungsseg ment 11 B unterscheidet sich durch seinen ringförmigen Aufbau vom Bearbeitungssegment 51. Die Bearbeitungssegmente können sich in den Abmessungen und in den Krümmungen der Oberflächen voneinander unterscheiden. Der Aufbau der Bearbeitungssegmente wird anhand des Bearbeitungssegmentes 51 erklärt und gilt für die Bearbeitungssegmente 11A, 21A, 21B, 31, 41.

Das Bearbeitungssegment 51 umfasst die ersten Hartstoffpartikel 57, die im ersten Mat rixwerkstoff 56 angeordnet sind. Als "erste Hartstoffpartikel" werden die Hartstoffpartikel des Bearbeitungssegmentes 51 bezeichnet, die einen Untergrund bearbeiten, wobei die Anzahl der ersten Hartstoffpartikel 57 und das definierte erste Partikelmuster, gemäß dem die ersten Hartstoffpartikel 57 im ersten Matrixwerkstoff 56 angeordnet sind, an die Anforderungen des Bearbeitungssegmentes 51 angepasst werden. Die ersten Hartstoffpartikel 57 entstammen in der Regel einer Partikelverteilung, die durch einen minimalen Durchmesser, einen maxi malen Durchmesser und einen mittleren Durchmesser charakterisiert ist.

Das Bearbeitungssegment 51 wird mit einer Unterseite 61 mit dem Grundkörper des Bear beitungswerkzeuges verbunden. Bei Bearbeitungssegmenten zum Kernbohren und Bearbei tungssegmenten zum Abtragen ist die Unterseite der Bearbeitungssegmente in der Regel eben ausgebildet, wohingegen die Unterseite bei Bearbeitungssegmenten zum Sägen eine Krümmung aufweist, um die Bearbeitungssegmente an der gekrümmten Stirnfläche der ring- oder scheibenförmigen Grundkörper befestigen zu können. Bei dem in FIG. 5C gezeigten Bearbeitungssegment 51 weisen die ersten Hartstoffpartikel 57 an einer der Unterseite 61 gegenüberliegenden Oberseite 62 einen Überstand D gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff 56 auf.

Der Grünling 52 wird im stehenden Aufbau aus dem ersten Matrixwerkstoff 56, den ersten Hartstoffpartikeln 57, dem zweiten Matrixwerkstoff 59 und einem pulverförmigen Stützmate rial 63 aufgebaut. Das Stützmaterial 63 ist vom ersten Matrixwerkstoff 56 verschieden und dient dazu, die ersten Hartstoffpartikel 57 an der Oberseite 62 zu schützen.

Der Grünling 52 wird unter Druckeinwirkung zwischen einem ersten Pressstempel 64, der die Unterseite 61 formt, und einem zweiten Pressstempel 65, der die Oberseite 62 formt, ver dichtet. Dabei verläuft die Pressrichtung des ersten Pressstempels 64 und zweiten Press stempels 65 parallel zur Aufbaurichtung des Grünlings 52. Als Verfahren, die eine Druckein wirkung auf den Grünling 52 erzielen, eignen sich beispielsweise Kaltpressverfahren oder Warmpressverfahren. Bei Kaltpressverfahren wird der Grünling 52 ausschließlich einer Druckeinwirkung ausgesetzt, während der Grünling 52 bei Warmpressverfahren neben der Druckeinwirkung einer Temperatureinwirkung bis zu Temperaturen von ca. 200 °C ausge setzt wird.

Der Pressling 53 wird durch Freiformsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment 51 weiterverarbeitet. Beim Freiformsintern erfolgt eine Temperatureinwirkung auf den Pressling 53 und beim Heißpressen eine Druck- und Temperatureinwirkung. Wenn der Pressling 53 durch Freiformsintern weiterverarbeitet wird, wird der Grünling 52 soweit verdichtet, bis der Pressling 53 im Wesentlichen die Endgeometrie des Bearbeitungssegmentes 51 aufweist. Wenn der Pressling 53 durch Heißpressen weiterverarbeitet wird, erfolgt eine weitere Form gebung des Presslings 53 beim Heißpressen.

Die Eigenschaften des Stützmaterials 63, insbesondere die Schmelztemperatur Ts_chmeiz, be stimmen das Verhalten des Stützmaterials 63 bei der Weiterverarbeitung. Wenn die Schmelztemperatur Ts_chmeiz des Stützmaterials 63 niedriger als die Sintertemperatur Tsi_nter des ersten Matrixwerkstoffes 76 ist, verändert das Stützmaterial 63 beim Aufheizen seinen pulver- oder granulatförmigen Zustand und verflüssigt sich, bevor der erste Matrixwerkstoff 56 versintert; das flüssige Stützmaterial 63 kann sich während des Sinterprozesses im ersten Matrixwerkstoff 76 verteilen und den Sintervorgang als Infiltrat unterstützen. Wenn die Schmelztemperatur Tschmeiz des Stützmaterials höher als die Sintertemperatur Tsmter des ers ten Matrixwerkstoffes 56 ist, verbleibt das Stützmaterial 63 beim Aufheizen in seinem pulver- oder granulatförmigen Zustand und kann nach dem Sintervorgang problemlos vom fertigen Bearbeitungssegment entfernt werden. FIGN. 6A-D zeigen die Herstellung des Grünlings 52 mithilfe des erfindungsgemäßen Ver fahrens zur Herstellung eines Grünlings. Der Grünling 52 wird aus dem ersten Matrixwerk stoff 56, den ersten Hartstoffpartikeln 57, dem zweiten Matrixwerkstoff 59 und dem Stützma terial 63 aufgebaut.

Die Herstellung des Grünlings 52 erfolgt in mehreren Schritten: In einem ersten Schritt wird eine Stützschicht 66 des Stützmaterials 63 aufgetragen (FIG. 6A), wobei das Stützmaterial 63 in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden kann. In einem zweiten Schritt werden die ersten Hartstoffpartikel 57 gemäß dem definierten ersten Partikelmuster im Stützmaterial 63 angeordnet (FIG. 6B), wobei die ersten Hartstoffpartikel 57 nicht vollstän dig in das Stützmaterial 63 eingebettet werden, sondern einen Überstand gegenüber dem Stützmaterial 63 aufweisen. In einem dritten Schritt wird eine erste Matrixschicht 67 des ers ten Matrixwerkstoffes 56 auf das Stützmaterial 63 und die ersten Hartstoffpartikel 57 aufge tragen (FIG. 6C), wobei der erste Matrixwerkstoff 56 in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden kann. In einem vierten Schritt wird eine zweite Matrixschicht 68 des zweiten Matrixwerkstoffes 59 auf den ersten Matrixwerkstoff 56 und die ersten Hart stoffpartikel 57 aufgetragen (FIG. 6D), wobei der zweite Matrixwerkstoff 59 in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden kann. Bei der Herstellung eines Grünlings für ein Bearbeitungssegment ohne Neutralzone kann das Aufträgen des zweiten Matrixwerk stoffes 59 entfallen.

FIGN. 7A, B zeigen ein weiteres Bearbeitungssegment 71, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Grünlings und dem Verfahren zur Weiterverarbeitung des Grünlings in das Bearbeitungssegment hergestellt wurde. Dabei erfolgt die Herstellung des Bearbeitungssegmentes 71 in zwei Stufen: In einer ersten Stufe wird ein Grünling 72 herge stellt (FIG. 7A) und in einer zweiten Stufe wird der Grünling 72 zum Bearbeitungssegment 71 weiterverarbeitet (FIG. 7B).

Das Bearbeitungssegment 71 unterscheidet sich vom Bearbeitungssegment 51 der FIG. 5C dadurch, dass das Bearbeitungssegment 71 aus einer Bearbeitungszone 74 aufgebaut ist und keine Neutralzone aufweist. Die Bearbeitungszone 74 wird aus einem pulver- oder gra nulatförmigen ersten Matrixwerkstoff 76, ersten Hartstoffpartikeln 77, die gemäß einem defi nierten ersten Partikelmuster angeordnet sind, und zweiten Hartstoffpartikeln 78 aufgebaut.

Abhängig von den Verschleißeigenschaften des ersten Matrixwerkstoffes 76 kann es wäh rend der Bearbeitung eines Untergrundes mit dem Bearbeitungssegment 71 durch Reibung mit dem Untergrund zu einem verstärkten Verschleiß des ersten Matrixwerkstoffes 76 an den Seitenflächen des Bearbeitungssegmentes 71 kommen. Dieser Verschleiß kann durch die zweiten Hartstoffpartikel 78 reduziert werden. Bei dem in FIG. 7B gezeigten Bearbeitungs segment 71 wurden die zweiten Hartstoffpartikel 78 gemäß dem definierten zweiten Partikel muster im ersten Matrixwerkstoff 76 angeordnet. Alternativ können die zweiten Hartstoffparti kel 78 als statistisch verteilte Partikel dem ersten Matrixwerkstoff 76 beigemischt werden.

Die ersten Hartstoffpartikel 77 und zweiten Hartstoffpartikel 78 entstammen in der Regel Par tikelverteilungen, die durch einen minimalen Durchmesser, einen maximalen Durchmesser und einen mittleren Durchmesser charakterisiert sind. Im Ausführungsbeispiel der FIGN. 7A, B entstammen die ersten Hartstoffpartikel 77 einer ersten Partikelverteilung mit einem ersten mittleren Durchmesser und die zweiten Hartstoffpartikel 78 einer zweiten Partikelverteilung mit einem zweiten mittleren Durchmesser, wobei der erste mittlere Durchmesser grösser als der zweite mittlere Durchmesser ist. Alternativ können die ersten Hartstoffpartikel 77 und zweiten Hartstoffpartikel 78 der gleichen Partikelverteilung entstammen und den gleichen mittleren Durchmesser aufweisen.

Das Bearbeitungssegment 71 wird mit einer Unterseite 81 mit dem Grundkörper eines Bear beitungswerkzeuges verbunden. Die Bearbeitung eines Untergrundes erfolgt durch erste Hartstoffpartikel 77, die an einer der Unterseite 81 gegenüberliegenden Oberseite 82 ange ordnet sind.

Der in FIG. 7A gezeigte Grünling 71 wird stehend aus dem ersten Matrixwerkstoff 76, den ersten Hartstoffpartikeln 77, den zweiten Hartstoffpartikeln 83 und einem pulver- oder granu latförmigen Stützmaterial 83 aufgebaut. Das Stützmaterial 83 ist vom ersten Matrixwerkstoff 76 verschieden und dient dazu, die ersten Hartstoffpartikel 77 an der Oberseite 82 abzude cken. Der Zustand des Stützmaterials 83 wird an den Zustand des ersten Matrixwerkstoffes 76 angepasst, d.h. bei einem pulverförmigen ersten Matrixwerkstoff 76 wird ein pulverförmi ges Stützmaterial 83 verwendet und bei einem granulatförmigen ersten Matrixwerkstoff 76 ein granulatförmiges Stützmaterial 83.

Die Herstellung des Grünlings 72 erfolgt in mehreren Schritten: In einem ersten Schritt wird das Stützmaterial 83 aufgetragen (FIG. 6A), wobei das Stützmaterial 83 in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden kann. In einem zweiten Schritt werden die ersten Hartstoffpartikel 77 gemäß dem definierten ersten Partikelmuster im Stützmaterial 83 ange ordnet (FIG. 6B), wobei die ersten Hartstoffpartikel 77 nicht vollständig in das Stützmaterial 83 eingebettet werden, sondern einen Überstand gegenüber dem Stützmaterial 83 aufwei sen. Die Herstellung des Grünlings 72 endet mit einer Folge eines dritten und vierten Schrit tes, wobei die Folge einfach oder mehrfach durchgeführt wird; beim Grünling 72 der FIG. 7A wird die Folge des dritten und vierten Schrittes dreifach durchgeführt. Im dritten Schritt wird der erste Matrixwerkstoff 76 aufgetragen und im vierten Schritt werden die zweiten Hartstoff partikel 78 gemäß dem definierten zweiten Partikelmuster in ersten Matrixwerkstoff 76 ange ordnet.

Der Grünling 72 wird durch Freiformsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment 71 weiterverarbeitet. Beim Freiformsintern erfolgt eine Temperatureinwirkung und beim Heiß pressen eine Druck- und Temperatureinwirkung auf den Grünling 71. Die Eigenschaften des Stützmaterials 83, insbesondere die Schmelztemperatur Ts_chmeiz, bestimmen das Verhalten des Stützmaterials 83 bei der Weiterverarbeitung. Wenn die Schmelztemperatur Ts_chmeiz des Stützmaterials 83 niedriger als die Sintertemperatur Tsi_nter des ersten Matrixwerkstoffes 76 ist, verändert das Stützmaterial 83 beim Aufheizen seinen pulver- oder granulatförmigen Zu stand und verflüssigt sich, bevor der erste Matrixwerkstoff 76 versintert; das flüssige Stütz material 83 kann sich während des Sinterprozesses im ersten Matrixwerkstoff 76 verteilen und den Sintervorgang als Infiltrat unterstützen. Wenn die Schmelztemperatur Ts_chmeiz des Stützmaterials 83 höher als die Sintertemperatur Tsmter des ersten Matrixwerkstoffes 76 ist, verbleibt das Stützmaterial 83 beim Aufheizen in seinem pulver- oder granulatförmigen Zu stand und kann nach dem Sintervorgang problemlos vom fertigen Bearbeitungssegment ent fernt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Grünlings (52; 72) für ein Bearbeitungssegment (11 A,

11 B; 21A, 21 B; 31; 41; 51; 71) aus einem pulver- oder granulatförmigen ersten Mat rixwerkstoff (56; 76) und ersten Hartstoffpartikeln (57; 77), wobei das Bearbeitungsseg ment mit einer Unterseite (61; 81) mit einem Grundkörper (12A, 12B; 22A, 22B; 32; 42) eines Bearbeitungswerkzeuges (10A, 10B; 20A, 20B; 30; 40) verbunden wird, gekenn zeichnet durch die Schritte:

^■ Aufträgen eines pulver- oder granulatförmigen Stützmaterials (63; 83), wobei das Stützmaterial (63; 83) vom ersten Matrixwerkstoff (56; 76) verschieden ist,

^■ Anordnen der ersten Hartstoffpartikel (57; 77) gemäß einem definierten Partikel muster im Stützmaterial (63; 83), wobei die ersten Hartstoffpartikel (57; 77) teil weise im Stützmaterial (63; 83) angeordnet werden, und

^■ Aufträgen des ersten Matrixwerkstoffes (56; 76) auf die ersten Hartstoffpartikel (57; 77) und das Stützmaterial (63; 83).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützmaterial (63; 83) mit einer Schmelztemperatur aufgetragen wird, die höher als die Sintertemperatur des ersten Matrixwerkstoffes (56; 76) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützmaterial (63; 83) mit einer Schmelztemperatur aufgetragen wird, die niedriger als die Sintertemperatur des ersten Matrixwerkstoffes (56; 76) ist.

4. Verfahren zur Weiterverarbeitung des Grünlings (52; 72), der mit dem Verfahren zur Her stellung eines Grünlings nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt wurde, in ein Be arbeitungssegment (51; 71).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling (52) unter Druckeinwirkung zu einem Pressling (53) verdichtet wird und der Pressling (53) anschlie ßend zum Bearbeitungssegment (51) weiterverarbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (53) durch Frei formsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment (51) weiterverarbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling (72) durch Frei formsintern oder Heißpressen zum Bearbeitungssegment (71) weiterverarbeitet wird.