DE1951480A1

DE1951480A1 - Werkzeug zum Saegen,Schneiden,Trennen u.dgl.,Arbeitselement zur Bildung eines solchen Werkzeuges sowie Herstellungsverfahren dazu

Info

Publication number: DE1951480A1
Application number: DE19691951480
Authority: DE
Inventors: Prowse Stephen Derek; Prowse Derek Henry George
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1969-10-13
Publication date: 1970-09-03
Also published as: DE6939718U; US3661137A; NL6915746A; GB1239984A; FR2021046A1; BE740358A; IL33161A; SE359767B; CH510505A; IL33161A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Sägen, Schneiden, Trennen u.dgl., auf ein Arbeitselement zur Bildung eines solchen Werkzeuges sowie auf ein Herstellungsverfahren dazu. Das Werkzeug soll insbesondere geeignet sein zum Schneiden von Stein* Marmor» Granit, feuerfesten Materialien, Kunststoffen, Fiberglas, Metallen, Keramik und anderen Werkstoffen.

Marmor wird z.B. normalerweise im Steinbruch oder in einem Marmorwerk mittels eines endlosen Drahtes geschnitten, wobei als abtragendes Medium ein abrasiver Schlamm verwendet wird. Dies ist ein sehr langsamer und langwieriger Prozeß.

Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten zu überwinden und ein» Vorteilhafte MUg-

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lichkeit zum Schneiden oder Zertrennen von Werkstoffen der oben genannten Art zu finden. Insbesondere strebt die Erfindung die Schaffung von Mitteln an, welche das Schneiden von Marmor, Gestein u.dgl. schneller als bisher gestatten.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung einmal ein Säge- oder, Γ Schneidelement in Gestalt eines langgestreckten Tragorgans, ^w z.B. eines Drahtes, mit der Anordnung von harten, mit einem abtragenden oder abrasiven Material imprägnierten.oder überzoegenen, perlenartigen Körpern als Arbeitselemente vor, die auf das Tragorgan aufgezogen oder aufgefädelt sind. Diese Körper haben einen in der Erstreckungsrichtung des Tragorgans nach außen gewölbten oder konvexen äußeren abtragenden Flächenbereich und sind auf dem Tragorgan frei drehbar.

Die abtragenden Arbeitselemente können im Wechsel mit nicht- P abtragenden Elementen angeordnet sein, die an dem Tragorgan festgelegt sind. Hierdurch sind die Arbeiteelemente hin sichtlich ihrer Drehbewegung frei, werden aber an einer seitlichen Bewegung gehindert.

Die mit einem abtragenden Material durchsetzten oder umkleideten Körper können jeweils bei Vorhandensein einer axialen Auffädelbohrung eine kugelförmige, tonnenförmige, ellipsoidförmige oder ähnliche Gestalt haben. Sie lassen eich ferner mit Endteilen versehen, die frei von abtragen-

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den Mitteln sind. Das Aufbringen eines abtragenden Stoffes oder Schleifmaterials oder das überziehen mit einem solchen kann durch ein elektrisches Verfahren, durch Anwendung der Galvanotechnik oder auf sonstige Weise erfolgen. Als abtragendes Mittel kann Borkarbid oder ein anderes Karbid, ein Karborundmaterial od.dgl. verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch das abtragende Mittel ganz oder teilweise durch natürliche oder synthetische Diamantpartikel gebildet. Die Größe und die Menge der abtragenden Partikel in den Arbeitselementen richtet sich zweckmäßig nach dem jeweiligen Anwendungsfall, also der durchzuführenden Schneidoperationen.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Arbeitselemente mit abtragenden Mitteln imprägniert oder von solchen durchsetzt sind, wobei dieselben von gleicher oder ähnlicher Natur sein können, wie sie im elektrischen oder galvanischen Aufbringungsprozeß verwendet werden. Auch können die Arbeitselemente auf ihrer Oberfläche mit großen abtragen-^v den Partikeln oder Teilen besetzt sein, falls die Art des zu schneidenden Materials die Anwendung größerer vorstehender Partikel erfordert.

Die Methode der Herstellung der Arbeitselemente kann je nach dem zu schneidenden Material unterschiedlich sein. Wird ein elektrisches oder galvanisches Aufbringungsverfahren für den abrasiven Stoff gewählt, so ist es zweckmäßig,

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eine Länge von profiliertem Material herzustellen, z.B. aus Messing, Stahl oder einer Kombination bzw. Legierung von Metallen, und dann nach dem überziehen mit dem abtragenden Mittel die einzelnen Körper von einer so behandelten Längeneinheit abzuschneiden. Ein solches Verfahren kann auch für imprägnierte Elemente verwendet werden, wobei also eine mit abrasivem Stoff zusammengesinterte oder von solchem Stoff durchsetzte geformte Länge von impräg<fe niertem Metall anschließend in einzelne Körper zerteilt

wird. Als wirtschaftlicheres Fertigungsverfahren für gesinterte oder mit abtragendem Stoff durchsetzte Körper kann jedoch die Verwendung einer automatischen Form- oder Gießmaschine bestehen, die einzelne Körper mit gewölbt geformten äußeren Flächen herstellt.

Wenn ein Oberflächenbesatz mit abrasiven Mitteln' einschließlich Diamant verwendet werden soll, so wird dieser abtragende Stoff in eine Form bzw. in Formen gegeben oder einge- ^ setzt,- deren Gestalt der gewünschten Kontur des herzustellenden Elements entspricht. Nachdem das abtragende Mittel an seine Stelle gebracht ist, wird die Form mit Metallpulver gefüllt (dessen Teilchengröße und Beschaffenheit je nach den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich des Verschleißwiderstandes variiert), worauf ein Pressen mit Aufheizung auf eine Temperatur erfolgt, die auf das zu sinternde oder einzubringende Material abgestimmt ist, und zwar in einer ebenfalls für dieses Material geeigneten Atmosphäre.

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Das Tragorgan, auf das die Arbeiteelemente oder perlenartigen Körper aufgefädelt werden, kann aus einfachem oder mehrlitzigem Draht, Nylon oder einem anderen Werkstoff hergestellt sein, der eine statische Zugspannung und den Schnittdruck aushalten kann. Ein niedriger'Dehnungsfaktor ist von Vorteil, jedoch nicht wesentlich. Der Durchmesser des die Arbeitselfiente tragenden Materials kann je nach dem zu schneidenden Werkstoff, der gewünschten Zugkraft, dem Schnittdruck und dem Grad der Flexibilität entsprechend gewählt werden.

Das erfindungsgemäße Säge- oder Schneidwerkzeug wird in erster Linie in Form eines endlosen Gebildes zur Verwendung kommen. Jedoch gibt es außerdem Anwendungsfälle für-Ausführungsformen, bei denen ein Draht, ein Seil oder auch eine Stange aus geeignetem Material mit abtragenden und mit nichtabtragenden Elementen versehen wird und in einer hin- und hergehenden Bewegung für die Durchführung von Schneidoperationen zum Einsatz kommt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Säge* oder Schneidwerkzeug je nach den Erfordernissen des betreffenden Anwendungsfalles weitere nichtabtragende Körper enthalten, die auf dem Tragorgan sitzen und an diesem festgelegt sind, wobei sich solche nichtabtragenden Körper oder Gruppen von nichtabtragenden Körpern zwischen abtragenden Körpern oder Gruppen von abtragenden Körpern befinden. Die auf dem Tragorgan festgelegten nichtabtragen-

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den Körper verhindern einen Verlust von Körpern, falls das Tragorgan brechen oder reißen sollte, und siejhindern das Tragorgan daran, sich in den Körpern längs zu verschieben. Bei einem vollständigen Säge- oder Schneidwerkzeug sollen Körper in ausreichender Zahl vorgesehen sein, so daß der Zwischenraum zwischen benachbarten Körpern einerseits eine Drehung der Arbeitselemente zuläßt, während an-L dererseits eine Bewegung derselben in· Längsrichtung des ^v- Tragorgans im wesentlichen verhindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung enthält das Säge- oder Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung folgende Teile:

1) Ein langgestrecktes, in geeigneter Länge hergestelltes Tragorgan in Form eines flexiblen Drahtes, Seiles od.dgl. oder einer Stange, eines Stabes bzw. eines ähnlichen Teiles,

2) Arbeitselemente (abtragende Körper), die sich frei f auf dem unter 1) genannten Tragorgan drehen können

und

3) nichtabtragende Elemente, die zwischen Arbeitselementen angeordnet und an dem Tragorgan festgelegt sind, etwa durch Klemmen, Verpressen, Schweißen, Löten oder, im Falle der Verwendung von Tragdrähten oder Tragstangen aus Nylon oder einem anderen Kunststoff, mit Hilfe eines Verbindungs- oder Klebemittels od.dgl.

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Bei einem endlosen Tragorgan müssen zur Bildung desselben die Enden eines Drahtes oder sonstigen Elements in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Dies hängt weitgelSid von dem verwendeten Material ab und kann z.B. gut 'durch Verrödeln, Verpressen, Verspleißen, Schweißen, Löten bzw. durch Kombination, dieser Methoden erfolgen. Auch läßt sich ein Kleber od.dgl." verwenden, namentlich, wenn das. Tragorgan aus Nylon oder einem anderen Kunststoff besteht.

Die Form der nichtabtragenden Elemente ist von verhältnismäßig geringer Bedeutung, weil ihr Hauptzweck darin besteht, einen Abstand zwischen den Arbeitselementen einzuhalten und die Arbeitselemente an einer Bewegung längs des Tragorgans zu hindern. Besonders bei einem endlosen Tragorgan erhalten die nichtabtragenden Elemente zweckmäßig eine solche Form, daß sie einer das Tfagorgan aufnehmenden Rolle oder Seilscheibe und auch dem zu schneidenden Material eine gewölbte Fläche zukehren, um schlagartige Bewegungen, Stöße und Schwingungen zu vermeiden.

Die gewölbte oder konvexe Gestalt der Arbeitselemente ist im wesentlichen für alle Anwendungsfälle allgemein gültig. Beim Schneiden von sehr stark schleißendem, weichem Material, wo es erforderlich ist, Diamantpartikel oder Partikel aus anderem abtragendem Material außergewöhnlich weit vorstehen zu lassen, kann jedoch die Oberfläche der Bearbeitungselemente oder abtragenden Körper entsprechend abr

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gewandelt werden und eine andere Form erhalten, damit sich die genannte Ausführung und Wirkung ergibt. ·

Die Zahl der nichtabtragenden Elemente kann im Verhältnis zu derjenigen der mit abtragendem Material versehenen Elemente je nach dem zu schneidenden Werkstoff variiert werden. Dies gilt ebenso für die Umfangs- oder Oberflächengeschwindigkeit des Tragorgans im Verhältnis 2U dem gewünschten Vorschubbetrag. Weiterhin kann je nach den Erfordernissen auch die Länge der einzelnen nichtabtragenden Elemente oder Körper unterschiedlich gewählt werden. .

Je nach der durchzuführenden Schneidoperation können auf dem Tragorgan einzelne Arbeitselemente mit einzelnen nichtabtragenden Elementen abwechseln oder es können Gruppen von Elementen der einen Gattung mit Gruppen oder einzelnen Elementen der anderen Gattung im Wechsel vorgesehen sein.

Beim Schneiden irgendeines Materials wird durch die gewölbte äußere Form der Bearbeitungselemente und durch deren Drehbarkeit die Schlagwirkung an den Kanten des Materials sehr gering gehalten. Außerdem wird infolge der Drehung die gesamte abtragende Oberfläche ausgenutzt. Das Säge- und-Schneidwerkzeug ist mit einem nichtabrasiven Gleit- oder Schmiermittel" zu verwenden. " .

Weitere Einzelheiten und. Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von vier verschiede-

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nen Ausführungsbeispielen, wie sie in den Figuren 1 bis Ij der Zeichnung jeweils im Schnitt dargestellt sind.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind tonnenförmige, mit einem abtragenden Stoff versehene Arbeitselemente 1 auf einem Draht 2 aufgefädelt. Diese Arbeitselem.ehte1 können sich auf dem Draht - frei drehen. Zwischen ihnen sind undrehbare, von abrasivem Stoff freie Elemente 3 vorgesehen, die an dem Draht durch Aufklemmen, Aufpressen oder in sonstiger Weise festgelegt sind. So kann z.B. ein niehtabtragendes, mit einer Längsbohrung versehenes Element radial geschlitzt sein, so daß es zwischen zwei Arbeitselementen in seine Lage auf dem Draht gebracht werden kann und dann durch Klemmung an diesem festliegt.

In Fig. 1 erstrecken sich die Partikel des abtragenden Materials im wesentlichen Über die gesamte Außenfläche des Arbeitselements 1. Bei einer Drehung dieser Elemente kann es daher vorkommen, daß die Partikel des abtragenden Materials Verschleiß an den festgelegten, nichtabtragenden Elementen 3 hervorrufen. Dies läßt sich u.a. auf zweierlei Weise verhindern, wie nachstehend erläutert wird»

Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird eine Berührung zwischen den abtragenden Partikeln der Arbeitselemente la und den nichtabtragenden Elementen 3a dadurch vermieden, daß der ■ an den Arbeitselementen befindliche Besatz oder überzug aus abtragenden Partikeln vor dem Ende des Arbeiteelemente

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aufhört, wodurch sich ein glatter, von abtragenden teln freier Bereich 4 ergibt.

Um eine freie Bewegung des Arbeitselements weiterhin zu unterstützen, läßt sich das nichtabtragende Element in drei Glieder 3b, 3c und 3d unterteilen, wie dies in Pig.3 wiedergegeben ist. Dabei können sich die beiden äußeren ^ Glieder 3b und 3d frei drehen, während das mittlere nichtv. abtragende Glied 3c fest mit dem Tragorgan 2, z.B. einem Draht, einem Seil, einer Schnur od.dgl., verbunden ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 werden die Partikel des abtragenden Materials auf den Arbeitselementen Ie an einer Berührung mit den nichtabtragenden Elementen 3e dadurch gehindert, daß der Besatz oder die Umkleidung mit den abtragenden Partikeln auf einen die Enden des Arbeitselements ausnehmenden Bereich beschränkt ist, wodurch sich jeweils eine glatte, von abtragendem Material freie Anschlag-, Anlage- oder Lagerfläche 5 ergibt. Um die freie Laufbewegung des Arbeitselements zu begrenzen, weist jedes Ende dieser Elemente eine vorstehende Kuppe, einen Kegel od.dgl. auf, der in eine entsprechend geformte Vertiefung an dem festen, nichtabtragenden Element paßt. Während der Einwirkung des Schnittdruckes werden die Arbeitselemente durch einen solchen, einer Konuskupplung ähnlichen Eingriff an einer Drehung gehindert und der Verschleiß durch Reibung wird herabgesetzt.

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Falls es erforderlich ist, die Anzahl der Arbeitselemente im Verhältnis·zu den nichtabtragenden Elementen zu verringern, können zusätzliche nichtabtragende Elemente nach Art von Arbeitselementen mit einer in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausbildung oder einer Kombination solcher Ausbildungen angebracht werden.

Bei dem Säge- oder Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung be- ■ stehen beliebige Variationsmöglichkeiten bezüglich der Länge, des Durchmessers der Elemente und des Durchmessers des Tragorgans» Es läßt sich sagen, daß für die Säge- oder Schneidwerkzeuge drei Hauptanwehdungen bestehen, nämlich:

1) das Schneiden von geologischen Materialien an Ort und Stelle, wie beispielsweise im Bergbau, beim Stollen- und Tunnelbau, im Steinbruch usw. Das Tragorgan mit den Elementen kann in solchen Fällen insbesondere über zwei Rollen oder Seilscheiben laufen, von denen die eine eine Schneidfläche hat oder bildet, während die andere durch einen Motor angetrieben wird. Dabei kann z.B. ein elektrischer Antrieb, ein Druckluft- oder sonstiger Druckmittelantrieb oder eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein. Die Schneidrolle oder -scheibe mit dem Tragorgan läßt sich dann beispielsweise durch einen-Schraub- bzw. Spindeltrieb oder durch hydraulische Mittel in das Material hineinbewegen und'erhält anschließend eine Bewegung in der gewünschten Richtung durch entsprechende Mittel.

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2) Das Schneiden von Blöcken, od.dgl. aus Stein, Marmor, Granit, feuerfestem Material, Graphit usw. Dabei kann das Tragorgan mit den Elementen über zwei oder mehr Rollen., Seilscheiben od.dgl. laufen, die durch einen Spindeltrieb oder eine hydraulische Vorschubeinheit Od.dgl. abwärts bewegbar sind. Das dabei zwischen den Rollen oder Seilscheiben unter

^ dem Tragorgan befindliche Material wird demzufolge

bei einer Abwärtsbewegung des Tragorgans frei geschnitten. Die Vorrichtung läßt sich hierbei insbesondere auch so ausbilden, daß sie mehrere Rollenoder Seilscheibenanordnungen aufweist, um daduri.: bei einem Abwärtsgang der Maschine gleichzeitig eine Mehrzahl von Schnitten auszuführen.

3) Das Schneiden von Kunststoffen, Fiberglas, harten .Metallen u.dgl. Dazu läßt sich u.a. zweckmäßig eine

_fc kleine Maschine verwenden, die von Hand gehalten

werden kann oder die als Teil einer bestehenden Schneidmaschine einsetzbar ist. Das Tragorgan mit den Arbeitselementen kann dabei eine rotierende Bewegung, einen Umlauf über zwei Rollen bzw. Seilscheiben oder eine hin- und hergehende Bewegung ausführen.

Alle vorstehend genannten Verfahren lassen sich mit Luft, Wasser oder öl als Kühlmittel durchführen.

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Das Tragorgan, sei es ein endloses Element, sei es ein hin- und hergehendes Organ, unterliegt weit weniger einem eigenen Verschleiß als bei allen bisher angewendeten Verfahren. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, daß die gesarate, mit dem abtragenden Material besetzte Fläche aus" genutzt werden kann.

Pat ent ansprUehe

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Claims

Patentansprüche

1.)Werkzeug zum Sägen, Schneiden, Trennen u.dgl., gekennzeichnet durch ein langgestrecktes Tragorgan (2) und durch Arbeitselemente (1, la, le) in Form von harten, perlenartigen Körpern, die auf dem Tragorgan (2) aufgereiht sind und von denen jedes einen äußeren abtragenden Flächenbe- ' reich aufweist, der in der ErStreckungsrichtung des Tragorgans (2) gewölbt ist, wobei jedes Arbeitselement (1, la* le) auf dem Tragorgan (2) frei drehbar ist.

2, Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

Tragorgan (2) ein flexibles Organ, beispielsweise ein • Draht_? ist,

5, Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselemente (1, la, le) zur Bildung des abtragenden Flächenbereichs mit einem Schleifmaterial od.dgl, überzogen oder bedeckt sind,

4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselemente (1, la, le) mit Schleifmaterial od.dgl, imprägniert Oder durchsetzt sind.

5. Werkzeug nach einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselemente (1, la, le) Diamantpartikel als abtragendes Material enthalten.

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6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitselemente (1, la, le) nichtabrasive Endteile (4, 5) aufweisen.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Flächenbereich tonnenförmig ausgebildet ist und die Endteile (4, 5) nichttonnenförmige Ansätze oder Verlängerungen des gewölbten Bereiches bilden.

8. Werkzeug nach,einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwischen einigen der Arbeitselemente (1, la, le) nichtabtragende Elemente (3) vorgesehen sind, welche am Tragorgan (2) undrehbar festgelegt sind.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtabtragenden Elemente (3) auf das Tragglied (2) aufgepreßt oder aufgeklemmt sind.

10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch .gekennzeichnet, daß die nichtabtragenden Elemente (3e) hohle oder konkave Endteile aufweisen, die den Endteilen (5) benachbarter Arbeitselemente (Ie) ergänzend entsprechen.

11. Werkzeug nach Anspruch .8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die nichtabtragenden Elemente (3c) auf dem Tragorgan (2) drehbare Endteile (3b, ,3d) aufweisen.

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12. Verfahren zur Herstellung eines Säge- oder Schneidelements, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein langgestrecktes Tragorgan eine Mehrzahl von harten, perlenartigen Körpern aufgefädelt wird, wobei jeder dieser Körper· einen äußeren,, in Längsrichtung des. Tragorgans gewölbten, abtragenden' FIa-" chenbereich aufweist und ferner auf dem Tragorgan frei drehbar ist. .

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Z 13· Verfahren nach Anspruch 12,. dadurch gekennzeichnet, daß

die Körper entlang dem Tragorgan unter Belassung von Zwischenräumen, angeordnet werden, daß wenigstens zwischen einigen, der Körper nichtabtragende Elemente vorgesehen werden und daß die.nlchtabtragenden Elemente an dem Tragorgan festgelegt werden, um eine Relativdrehung zwischen ihnen und dem Tragorgan zu verhindern.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Tragorgan, ein flexibles Organ, etwa ein Draht od.dgl.,

- verwendet wird und die Enden desselben zur Bildung eines

endlosen Säge- oder Schneidelements miteinander verbunden werden.

15. Arbeits- oder Schleifelement zur Verwendung in einem Werkzeug nach einem oder- mehreren der yoraufgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen harten, perlenartigen Körper, (1, la, le) mit einer axialen Aufreihbohrung, einem äußeren abtragenden Flächenbereich, der in Längsrichtung

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ί der Bohrung nach außen gewölbt ist, und mit niehtabtragenden äußeren Endfläc'henbereiehen (4, 5)·

16» Element nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet,, daß der gewölbte Bereich tonnenförmig ausgebildet ist und die Endteile (4, 5) des Elements (la, Ie) :nichttonnenförmige Ansätze oder Verlängerungen des gewölbten Bereiches bilden.

17· Element nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper Diamantpartikel als abtragendes Material enthält.

18. Werkzeug zum Sägen, Schneiden, Trennen u.dgl., gekennzeichnet im wesentlichen durch die in Pig. I der Zeichnung dargestellte und in Verbindung damit erläuterte Ausführung.

19. Werkzeug zum Sägen, Schneiden, Trennen u.dgl., gekennzeichnet im wesentlichen durch die in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung dargestellte und in Verbindung damit erläuterte Ausführung. .

20. Verfahren zur Herstellung von Säge- oder Schneidelementen, gekennzeichnet im wesentlichen durch die in der Beschrei-.bung erläuterten Verfahrensschritte.

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