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Werkzeug
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Bei Werkzeugen, auf die sich die Erfindung bezieht, handelt es sich
um Werkzeuge mit mindestens einem verschleißfesten Hartmetallteil, das der Bearbeitung
von Werkstücken, Gestein od. dgl. dient. Vorzugsweise kann es sich um Meißel handeln,
wie Bohrmeißel, Drehmeißel od. dgl.
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Bei solchen Hartmetallteilen handelt es sich um verschleißfeste Hartmetallteile,
bspw. um gesinterte oder gegossene Hartmetallteile, die bspw. Metallcarbide, vorzugsweise
Wolframcarbide enthalten können. Dies ist nur ein beispiel und die Erfindung ist
auch bei V1erkzeugen mit Hartmetallteilen aus anderen Hartmetallen anwendbar.
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Hartmetall hat normalerweise einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten
als das meist aus Stahl bestehende Metall des Trägers. Wenn der Träger aus Stahl
besteht, beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Hartmetalles im allgemeinen
nur ungefähr die Hälfte des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stahles. Es entstehen
sowohl durch das Anlöten des Hartmetalles an den Träger Spannungen im Hartmetall
als auch durch die im Betrieb auftretenden Kräfte und Erwärmung.
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Diese Spannungen verursachen oft Spannungsrisse des Hartmetallteiles
des Werkzeuges. Um diese Gefahr solcher Spannungsrisse zu verringern, ist es bekannt,
die Spannungen im Hartmetall durch niedrigschmelzendes Weichlot zuvermindern. Weichlot
hat jedoch andere Nachteile, die seine Anwendung meist verbieten. Normalerweise
finden deshalb Hartlote mit höheren Schmelzpunkten, insbesondere Lote auf Kupfer-
und/oder Silberbasis Anwendung. Auch bei der Erfindung kann Hartlot zweckmäßig vorgesehen
sein. Es ist auch bekannt, in die das Hartmetallteil mit dem Träger verbindende
Luftschicht metallisches Drahtgewebe einzubetten, das mit dem Lotvollständigverlötet,
doch dient es nicht dem Spannungsabbau im Hartmetallteil, sondern dem Erleichtern
des Einschiessens des Lotes und auch dazu, die richtige Dicke der Lötschicht zu
sichern. Auch gibt es Hartmetalle, die weniger als andere Hartmetallsorten zu Spannungsrissen
neigen.
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Doch ist man dann in der Auswahl der Hartmetallsorte entsprechend
auf weniger spannungsempfindliche Hartmetalle beschränkt, was unerwünscht ist. Grundsätzlich
wird die Gefahr von Spannungsrissen im Hartmetallteil um so größer, je größer sein
Querschnitt und seine Länge sind.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Gefahr von Spannungsrissen
des Hartmetallteiles zu verringern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeug gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Infolge der mindestens einen vorbestimmten Schwachstelle im Lötspalt
wird die Gefahr von Spannungsrissen des Hartmetallteiles bei weiterhin sicherem
Halt des Hartmetallteiles auf einfache, kostengünstige, betriebssichere Weise verringert
oder ganz behoben.
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Die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Hartmetalles des Hartmetallteiles und des Werkstoffes des Trägers bedingten Spannungen
im Hartmetallteil werden nicht mehr so groß wie ohne diese Schwachstelle oder Schwachstellen.
Durch die mindestens eine Schwachstelle kann die Fähigkeit des Lotes, Kräfte, d.
h. Zug- und/oder Druck- und/oder Schubkräfte zwischen dem Hartmetallteil und dem
Träger zu übertragen, verringert werden.
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Da die Lotsubstanz nicht verändert wird oder nicht verändert zu werden
braucht, kann sie ihre innere Kohäsion behalten. Die Erfindung ermöglicht den Einsatz
von Hartloten hoher Festigkeit, die entsprechend guten Halt des Hartmetallteiles
am Träger trotz der mindestens einen vorbestimmten Schwachstelle ergeben.
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Die Erfindung ermöglicht insbesondere auch die Serienherstellung solcher
Werkzeuge, die in derselben Serie jeweils auch bezüglich des Lötspaltes unter sich
gleich oder angenähert gleich sind. Die Gefahr von Spannungsrissen im Hartmetallteil
jedes Werkzeuges derselben Serie kann deshalb in reproduzierbarer Weise vermindert
oder ganz behoben werden.
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In den Ansprüchen 2 - 41 sind eine Reihe vorteilhafter Weiterbildungen
~Ausgestaltungen und Ausführungsarten der Erfindung beschrieben.
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Falls im Lötspalt gemäß vorteilhaften Ausführungsformen mindestens
eine Einlage angeordnet ist, kann sie in vielen Fällen in das Lot zumindest im wesentlichen
eingebettet sein, d.h. sich ganz oder im wesentlichen innerhalb des Lotes befinden.
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Es ist jedoch auch möglich, die Einlage an eine oder mehrere vorbestimmte
Höhlungen im Lötspalt angrenzen zu lassen, wobei sie an der Schaffung der Höhlung
oder Höhlungen beim Löten selbst mitwirken kann.
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Die Oberfläche der Einlage kann zumindest teilweise so ausgebildet
sein, daß sie sich mit dem Lot beim Löten nicht verbindet, d. h. an mindestens einem
vorbestimmten Flächenbereich nicht verbindet, so daß hier im Lötspalt eine rißähnliche
Unterbrechung entsteht. Es ist jedoch auch möglich, vorzusehen, daß die Einlage
auf ihrer gesamten Oberfläche lötfähig ist, d.h., daß sich
beim
Löten das Lot an jede Stelle der Einlage, zu der das flüssige Lot gelangt, mit der
Einlage fest verbindet. Trotz der Lötfähigkeit der gesamten Oberfläche der Einlage
braucht also die Einlage nicht auf ihrer gesamten Oberfläche mit dem Lot verlötet
zu sein, sondern kann also noch mindestens einen lotfreien Oberflächenbereich haben.
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Wenn die Einlage sich zumindest auf einem vorbestimmten Teilbereich
ihrer Oberfläche mit dem Lot , in dem sie angeordnet ist, nicht verbindet, schafft
sie an jedem solchen Flächenbereich eine Schwachstelle im Lötspalt, an der vom Lot
keine zur Oberfläche senkrechten Zugkräfte und allenfalls nur relativ geringe Schubkräfte
durch Reibung übertragen werden können, wodurch die Spannungen im Hartmetallteil
verringert und so die Gefahr von Spannungsrissen des Hartmetallteiles verringert
oder sogar ganz behoben wird. Da diese Einlage sehr dünn sein kann, braucht sie
die Lötspaltdicke kaum zu vergrößern. Diese Einlage kann vorzugsweise aus zumindest
bereichsweise/besctlchtetem Metall oder aus sich mit dem Lot nicht verbindendem
Nichtmetall, z. B. Keramik, Graphit oder dergl., bestehen.
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Wenn die Einlage komprimierbar ist, kann sie Kräften, die von dem
Lot auf sie ausgeübt werden, z. B. Druckkräften, elastisch oder plastisch nachgeben
und so die Kraftübertragungsfähigkeit des Lotes ebenfalls verringern. Die komprimierbare
Einlage bildet also ebenfalls eine Schwachstelle im Lötspalt. Wenn ihre Außenoberfläche
nicht oder nur teilweise mit dem Lot fest verbunden ist, bildet sie hier noch zusätzlich
eine
oder mehrere Schwachstellen. Die Einlage kann vorzugsweise mindestens einen nach
außen gegen Eindringen von Lot abgedichteten Hohlraum aufweisen, der eine abgeschlossene
Höhlung bildet, in die kein Lot beim Löten eindringt und so leer bleibt. Die komprimierbare
Einlage ergibt infolge ihrer Kompressibilität Spannungsabbau im Hartmetall und damit
Verringerung der Gefahr von Spannungsrissen, selbst dann, wenn ihre äußere Oberfläche
vollständig mit dem Lot verbunden ist. Noch stärkerer Spannungsabbau im Hartmetall
läßt sich erreichen, wenn zusätzlich die weitere Maßnahme vorgesehen ist, daß sich
die äußere Oberfläche dieser hohlen Einlage nicht oder nur auf mindestens einer
vorbestimmten Teilfläche ihrer Oberfläche mit dem Lot verbindet.
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Diese Einlage kann aus Metall und/oder auch aus anderen Materialien
bestehen.
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Unter Verbindung des Lotes mit einer Oberfläche oder einem Bereich
der Oberfläche der Einlage, des Hartmetallteiles oder des Trägers ist verstanden,
daß sich das Lot mit dieser Oberfläche bzw. dem betreffenden Bereich fest verbindet,
d. h. mit ihr bzw. ihm verlötet.
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Wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine eine Sollbruchstelle
oder Sollbruchstellen bildende mehrschichtige Einlage vorgesehen ist, bildet diese
ebenfalls eine Schwachstelle im Lötspalt, durch die die Kraftüberträgüngsfähigkeit
des
Lotes ebenfalls verringert wird. Diese Einlage kann so vorgesehen sein, daß sie
mit dem Lot vollständig oder nur auf mindestens einem Teilbereich ihrer Oberfläche
verlötet oder nicht verlötet. In den bevorzugten beiden ersten Fällen ist diese
Verbindung mit dem Lot zweckmäßig fester als die Sollbruchstellen bildende Verbindung
ihrer betreffenden Schichten miteinander. Vorzugsweise kann es sich bei dieser Einlage
um einen zweischichtigen Blechstreifen oder eine Spirale, einen Topf, eine Hülse
oder dergl. aus zweischichtigem Blech handeln, deren beiden Schichten bspw. beide
aus Eisen oder aus Eisen und Aluminium oder dergl. bestehen, die durch Kaltwalzen
miteinander verbunden sind. Durch die durch die schwächere Verbindung der Schichten
miteinander ermöglichten Sollbruchstellen lassen sich die Spannungen im Hartmetallteil
ebenfalls verringern und damit die Gefahr von Spannungsrissen in ihm. Der Bruch
findet dabei in der Weise statt, daß sich die betreffenden Schichten zumindest bereichsweise
durch Zug- oder Scherkräfte voneinander lösen, so daß sie in diesen Bereichen dann
aufeinander gleiten oder sich voneinander abheben können Eine weitere#zweckmäßige
Maßnahme zur Schaffung mindestens einer Schwachstelle im Lötspalt kann darin bestehen,
daß mindestens ein vorbestimmter Teilbereich
der an das Lot angrenzenden
Oberfläche des Hartmetallteiles und/oder des Trägers mit einer sich mit dem Lot
nicht verbindenden Oberflächenschicht versehen ist, so daß jede solche Schicht im
Lötspalt eine vorbestimmte rissartige Unterbrechung schafft, an die zwar Lotsubstanz
angrenzt oder angrenzen kann, die jedoch mit der betreffenden Oberflächenschicht
des Hartmetallteiles bzw. des Trägers nicht verbunden ist. Bei dieser Schicht kann
es sich bspw. um Aluminiumoxid Al203, um Siliziumcarbid SiC, sonstige Oxidkeramik
oder dergl. handeln.
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Jede durch eine solche Schicht bewirkte Unterbrechung schafft eine
Schwachstelle im Lötspalt.
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Auch durch diese Maßnahme werden die Spannungen im Hartmetallteil
vermindert. Diese Maßnahme eignet sich besonders gut für sehr schmale Lötspalte,
Die Erfindung ermöglicht ohne weiteres den Einsatz von Hartlot, so daß sich selbst
im Falle der Lötung auf kleineren Flächen ohne weiteres sichere Halterung des Hartmetallteiles
am oder im Träger problemlos erreichen läßt. Das Hartlot kann bspw, ein Hartlot
auf Kupfer- oder Silberbasis sein.
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Um auf besonders einfache Weise eine Einlage mit einem
nach
außen abgeschlossenen Hohlraum zu schaffen, kann sie besonders zweckmäßig als Flachrohr
ausgebildet sein, das an seinen beiden Enden abgeschlossen ist.
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Dieses Flachrohr kann bspw. aus einem Rundrohr durch Walzen hergestellt
sein und aus Eisen, vorzugsweise aus Weicheisen bestehen, dessen Außenoberfläche
sich mit dem Lot verbindet. Es kann im Falle eines ebenen Lötspaltes in diesem serpentinenförmig
verlegt sein. Im Falle eines im Querschnitt runden Lötspaltes kann das Flachrohr
vorzugsweise zu einer Spirale gewunden sein, wobei zweckmäßig sich benachbarte Spiralwindungen
mit ihren Längskanten berühren oder nahezu berühren können. Der Lötspalt kann danach
mit dem Lot ausgefüllt werden.
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Wenn die Oberfläche der im Lot angeordneten, vorzugsweise in das Lot
eingebetteten Einlage so in vorbestimmter Weise ausgebildet ist, daß sie zumindest
bereichsweise sich mit dem Lot nicht verbindende Oberflächenbeschaffenheit aufweist,
kann diese Einlage vorzugsweise blatt- oder bandförmig ausgebildet sein. Dabei können
dann vorzugsweise beide Breitseiten des Blattes oder des Bandes Oberflächenbeschaffenheit
haben, die sich nicht mit dem Lot verbindet, wogegen die Schmalkanten bevorzugt
Oberflächenbeschaffenheit haben können, die sich mit dem Lot verbindet. Bspw. kann
es sich um ein Blatt oder ein Band handeln, das an beiden Breitseiten durch Alitierung
mit einer intermetallischen Beschichtung hoher Hitzebeständigkeit versehen ist,
die sich mit dem Lot nicht verbindet. Auch andere Oberflächenbe-
schaffenheiten,
die erreichen lassen, daß sie sich nicht mit dem jeweiligen Lot verbinden, können
selbstverständlich vorgesehen sein. Bspw. können der oder die betreffenden Oberflächenbereiche
dieser Einlage sehr dünne Keramikbeschichtung aufweisen oder die Einlage aus dünnen
Keramikplättchen, -streifen oder dergleichen bestehen. Zumindest dann, wenn die
Oberfläche dieser Einlage sich an keiner Stelle mit dem Lot verbindet, ist es notwendig,
daß sie mindestens einen von einer das Hartmetallteil mit dem Träger verbindenden
Lotbrücke durchdrungenen Durchlaß oder dergl. frei läßt und/oder zusammen mit mindestens
einer weiteren solchen Einlage mindestens einen solchen Durchlaß für eine Lotbrücke
frei läßt. Doch ist es auch möglich, vorzusehen, daß diese Einlage zusammen mit
zu ihren beiden Seiten vorhandenen Lötschichten eine sogenannte Mehrschichtfolie
bspw. aus Silberlot-Eisen-Silberlot bildet, jedoch ist es dann notwendig, daß ihre
beiden Seiten sich auf vorbestimmten Teilbereichen mit dem Lot verbinden, bspw.
auf gemäß einem Raster angeordneten kreisrunden Flächenbereichen oder auf Flächenbereichen
gemäß einem sonstigen Muster. Die restlichen Oberflächenbereiche dieser Einlage
sind dann bspw. durch Alitierung so beschichtet, daß sie sich mit dem angrenzenden
Lot nicht verbinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Einlage ein mit Löchern
versehenes flächiges Element sein, wie ein perforierter Streifen, Hülse, Topf od.
dgl. Diese Einlage kann dabei zumindest bereichsweise eine sich mit dern angrenzenden
Lot nicht verbindende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. 1lierbei ist unter "zumindest
bereichsweise" verstanden, daß sie mindestens einen vorbestimmten Bereich der betreffenden
Oberflächenbescnaffenheit aufweist, wobei im Maximalfall ihre gesamte Oberfläche
die betreffende, sich mit dem Lot nicht verbindende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen
kann. Dabei können vorzugsweise zumindest die Breitseiten des flächigen Elementes
als sich mit dem Lot nicht verbindend beschaffen sein.
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Die oben erwähnte komprimierbare Einlage kann auch andere Ausbildungen
als Flachrohr haben, bspw.
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vorzugsweise eine Hohlplatte oder ein Hohl streifen sein, die bzw.
der einen sich im wesentlichen über ihre bzw. seine Länge und Breite erstreckenden
Hohlraum oder eine Mehrzahl oder Vielzahl von kleineren Hohlräumen aufweist oder
es kann auch ein schalenförmiger Hohlkörper sein, welcher einen einzigen Hohlraum
oder auch wieder eine Mehrzahl oder Vielzahl von Hohlräumen aufweist. Auch andere
Ausbildungen mit und ohne Hohlräume sind möglich.
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Es ist im allgemeinen zweckmäßig, wenn die Einlage oder die Einlagen
sich zumindest über einen erheblichen Teil des Lötspaltes erstrecken,vorzugsweise
ungefähr über den gesamten Lötspalt oder im Falle eines das Hartmetallteil umfassenden
Lötspaltes vorzugsweise zumindest über die halbe Höhe des Umfangsbereichs
des
Lötspaltes, insbesondere im wesentlichen über den im Lötspalt befindlichen Umfangsbereich
des Hartmetallteiles.
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Wesentlich ist, daß die Einlage oder Einlagen so groß sind, daß sie
die Gefahr von Spannungsrissen im Hartmetallteil herabsetzen.
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Die Maßnahme zum Verringern oder Beheben der Gefahr von Spannungsrissen
im Hartmetallteil bei der die an das Lot angrenzende Oberfläche des Hartmetallteiles
und/ oder des Trägers in vorbestimmter Weise teilweise mit mindestens einer sich
mit dem Lot nicht verbindenden Oberflächenschicht versehen sind, hat auch den Vorteil,
daß die durch die Lötung miteinander verbundenen Flächen des Hartmetallteiles und
des Trägers ohne wesentliche Verringerung der räumlichen Ausdehnung der Lötschicht
verkleinert werden.
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Eine weitere Maßnahme, die mindestens eine vorbestimmte Schwachstelle
im Lötspalt schafft, durch die die Gefahr von Spannungsrissen des Hartmetallteiles
verringert oder behoben wird, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
darin bestehen, daß im Lötspalt mindestens eine vorbestimmte Höhlung vorhanden ist.
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Vorzugsweise kann diese Höhlung an mindestens einer Stelle an im Lötspalt
befindliches Lot angrenzen, was die Herstellung der Höhlung beim Löten erleichtert,
sie insbesondere erfindungsgemäß nach dem Verfahren nach Anspruch 42 herzustellen
ermöglicht. Dieses Verfahren ist einfach durchführbar und ermöglicht genaue Lötung
an den vorbestimmten Flächenbereichen der miteinander zu verlötenden Teile. Die
Höhlung kann jedoch
auch mittels anderer Lötverfahren geschaffen
werden.
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Bspw. können die miteinander zu verlötenden Flächenbereiche vor dem
Löten mit Lot bereits überzogen werden und beim Löten werden sie dann so aneinander
gehalten, bspw. aneinander angedrückt, daß die einander gegenüberliegenden--Lotschichten
ineinander fließen und eine die betreffenden beiden Oberflächen miteinander verbindende
Lotschicht ergeben. Wenn dabei die Gefahr besteht, daß das flüssige Lot beim Löten
aus dem Zwischenraum zwischen den jeweils miteinander zu verbindenden Oberflächenbereichen
des Hartmetallteiles und des Trägers bzw. einer Einlage und dem Hartmetallteil und/oder
Träger teilweise herausfließt, kann vorgesehen sein, diese Oberflächenbereiche zumindest
untenseitig durch Beschichtungen oder dergl., die das Lot nicht annehmen, also nicht
mit dem Lot verlöten können, abzugrenzen. Es können so auch verhältnismäßig dicke
Lotzwischenschichten zwischen den mit durch das Lot zu verbindenden, vorbestimmten
Oberflächenbereichen erzielt werden. Wenn der Kapillareffekt für die Förderung des
Lotes ausgenutzt wird, kann die Weite der Schlitze, in den das Lot durch Kapillarwirkung
fließt, vorzugsweise ca. 50 bis 250 Am betragen. Je nach den Materialpaarungen Lot/Träger
bzw. Lot/Hartmetallteil bzw. Lot/Einlage kann der Zwischenraum auch noch größer
sein. Er kann auch kleiner sein.
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Die Höhlung kann nach außen offen sein, doch ist es auch möglich,
sie nach außen vollständig abgeschlossen vorzusehen.
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Wenn das Löten unter Mitwirkung der Kapillarkräfte erfolgt, muß also
für das Wirken der Kapillarkräfte mindestens ein ausreichend schmaler Schlitz zwischen
dem Hartmetallteil und dem Träger bzw.zwischen einer oder mehreren Einlagen und
dem Hartmetallteil und dem Trager vorhanden sein. Die Oberflächen, mit denen das
Lot verlötet, müssen dabei selbstverständlich so vorgesehen sein, daß das flüssige
Lot diese Oberflächen benetzen kann und so beim Abkühlen dann diese Oberflächen
der betreffenden Teile fest miteinander verbindet. Bspw. kann ein gitterartiges
oder sonstiges Schlitz system vorgesehen sein, in welchem die Kapillarkräfte beim
Löten das flüssige Lot fördern, wobei das Lot nicht in die Löcher des Gitters eindringt,
weil hier keine Kapillarkräfte wegen zu großer Spaltweiten wirksam werden und so
diese Gitter löcher dann nach dem Löten Höhlungen bilden, von denen zumindest die
meisten nach außen abgeschlossen sind oder sein können.
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Die Höhlung ist ein nur Luft oder sonstiges Gas enthaltender, vorbestimmter
Leerraum im Lötspalt, der vorzugsweise vom Hartmetallteil bis zum Träger reichen
kann. Die Höhlung bildet eine vorbestimmte Schwachstelle im Lötspalt. Die Höhlung
ist also so anzuordnen, daß sie die Gefahr von Spannungsrissen des Hart-
metallteiles
herabsetzt oder an dieser Herabsetzung zusammen mit mindestens einer weiteren Schwachstelle
mitwirkt. Zu diesem Zweck kann eine sich über einen relativ großen Bereich des Lötspaltes
erstreckende Höhlung oder ein System von Höhlungen vorgesehen sein. Bevorzugt kann
das Gesamtvolumen der Höhlung bzw. Höhlungen 20 - 80 % des Volumens des Lötspaltes
betragen.
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Diese Höhlung oder Höhlungen setzen ebenfalls die Gefahr von Spannungsrissen
im Hartmetallteil herab oder lassen sie ganz vermeiden. Ein Vorteil dieser Maßnahme
ist auch, daß man mit weniger Lot auskommt, so daß die Kosten für das Lot beträchtlich
reduziert werden können und man so auch teurere Lote einsetzen kann, bspw. in größerem
Umfange als bisher Edelmetall-Hartlote.
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Die Höhlung im Lötspalt kann vorzugsweise durch mindestens eine Vertiefung
in mindestens einer der Lötspaltwände gebildet oder mit gebildet sein, besonders
vorteilhaft in der den Lötspalt begrenzenden Wandung des Trägers, so daß das Hartmetallteil
nicht geändert zu werden braucht, Jedoch ist es auch möglich, eine solche Vertiefung
in der Wandung des Hartmetallteiles oder sowohl im Hartmetallteil als auch in dem
Träger
vorzusehen oder auch in mindestens einer in den Lötspalt
eingesetzten Einlage.
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Falls in den Lötspalt mindestens eine Einlage gemäß Anspruch 32 eingesetzt
ist, die die Höhlung schafft oder mit schafft, kann diese vorzugsweise gemäß einem
oder mehreren der Ansprüche 33 bis 38 ausgebildet sein.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß sich das das Hartmetallteil mit
dem Träger fest verbindende Lot in Höhe der Höhlung oder Höhlungen nur in mindestens
einem streifenförmigen Bereich des Lötspaltes befindet. Die die Höhlung begrenzenden
Wände des Trägers und des Hartmetallteiles und gegebenenfalls der Einlage oder Einlagen
können lotfrei oder mit keine Kräfte zwischen dem Hartmetallteil und dem Träger
übertragenden dünnen Lotbeschichtungen versehen sein.
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Wenn das Verfahren nach Anspruch 42 vorgesehen wird, bleiben meist
die an die Höhlung angrenzenden Wandflächen des Hartmetallteiles und des Trägers
bzw. gegebenenfalls der Einlage lotfrei, was schon wegen der Loteinsparung günstig
ist. Dieses Verfahren kann beispielsweise so durchgeführt werden: Man bringt vor
dem Löten nur so wenig Lot in den Lötspalt ein, daß es den oder die vorgesehenen
Hohlräume
nicht ausfüllen kann und man erhitzt dann den Träger mit dem ein- oder angesetzten
Hartmetallteil - gegebenenfalls kennen auch eine oder mehrere Einlagen in den Lötspalt
eingesetzt sein - bis zum Schmelzen des Lotes und das flüssige Lot läuft dann in
dem oder den vorbestimmten, die Kapillarwirkung ermöglichenden Schlitzen zwischen
dem Hartmetallteil und dem Träger bzw. zwischen der Einlage und dem Träger und/oder
dem Hartmetallteil durch die Kapillarwirkung nach oben.
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Dabei bleiben dann der oder die betreffenden Bereiche im Lötspalt,
in die das flüssige Lot nicht durch Kapillarwirkung gelangen kann, als Höhlungen
lotfrei oder es kann hierbei u. U.
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je nach Materialpaarung Lot/Träger bzw. Lot/Hartmetallteil bzw. Lot/Einlage
auch vorkommen, daß flüssiges Lot im Bereich der Höhlung entlang der Höhlungswand
durch Adhäsion unter Benetzung der betreffenden Oberfläche wandert, wobei es jedoch
die Höhlung bestehen läßt, da es in deren Bereich dann nur eine sehr dünne Lotbeschichtung
der betreffenden Höhlungswandfläche bildet, die keine Kräfte zwischen dem Hartmetallteil
und dem Träger übertragen kann und so an der durch die Höhlung gebildeten Schwachstelle
im Lötspalt nichts ändert.
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Eine weitere in vielen Fällen zweckmäßige Aus-
führungsform
sieht vor, daß Einlagen in Form von sich mit dem Lot nicht verbindenden Partikeln,
wie Körner oder dergl. vorgesehen sind, deren spezifisshes Gewicht kleiner als das
des Lotes ist, und daß der Lötspalt eine Engstelle aufweist, die die Partikel beim
Löten nicht passieren konnten. Die. Partikel können bspw.
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kleine Kugeln, bspw. mit Aluminiumoxyd überzogene Aluminiumkugeln
von bspw. O r 5 - 1 mm Durchmesser sein.
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Auch andere Partikel kommen infrage, die die beim Löten auftretenden
Temperaturen aushalten und sich mit dem Lot nicht verbinden, bspw. Keramikpartikel.
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Solche Einlagen aus Partikeln eignen sich besonders für Werkzeuge,
bei denen ein stift- oder bolzenförmiges Hartmetallteil in ein Sackloch des Werkzeuges
eingesetzt wird. Man kann dann bspw. das Sackloch konisch ausbilden, wobei es sich
jedoch von seiner Öffnung aus in Richtung auf den Boden zu im Durchmesser vergrößert
und der Hartmetallstift kann bspw. kreiszylindrischen Umfang im Bereich dieses Sackloches
haben oder sich hier konisch in Richtung auf sein unteres Stirnende zu verjüngen.
Es #ntsteht-:.dann nach Einsetzen des Stiftes ein Lötspalt, der sich vom Boden des
Loches aus zu seinen oberen Rand verjüngt und man füllt in diesen Lötspalt Lotpulver
und die die Einlagen bildenden Partikel ein und bringt dann das Werkzeug in einen
Löttemperatur aufweisenden Ofen. Das Lot schmilzt dann und die Partikel werden dann
in die Schmelze eingebettet, wobei sie im Lötspalt nach oben aufzusteigen
versuchen.
Am oberen Endbereich des Lötspaltes oder in anderer vorbestimmter Höhe ist seine
lichte Weite jedoch so gering vorgesehen, daß die Partikel sie nicht passieren können,
so daß alle Partikel im Lötspalt innerhalb des Lotes in das Lot eingebettet, jedoch
mit dem Lot nicht verbunden sind. Die Gefahr von Spannungsrissen im Hartmetallteil
wird verringert oder behoben.
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Die Erfindung ist bei Werkzeugen mit Hartmetallteilen unterschiedlicher
Art anwendbar. Einige bevorzugte Anwendungen sind: Rundschaftmeißel und Flachmeißel
mit bolzenförmigen oder stiftförmigen Hartmetallteilen, die in Löcher, vorzugsweise
Sacklöcher des Trägers eingesetzt sind. Flachmeißel und Drehmeißel mit plättchenartigem
Hartmetallteil.
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Bohrkronen von Gesteinsbohrern oder dergl., die ebenfalls eingelötete
oder angelötete stift- oder bolzenförmige oder plättchenförmige Hartmetallteile
aufweisen. Fräser. Die Erfindung ist auch bei anderen Werkzeugen anwendbar.
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Das Löten kann vorzugsweise in reduzierendem Gas,
bspw.
unter Wasserstoff, oder im Vakuum erfolgen, wodurch die Beifügung von Flußmittel
zum Lot verringert oder Flußmittel ganz weggelassen werden kann.
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Ggfs kann das Löten auch in Luftatmosphäre erfolgen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine ausschnittsweise, teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Rundschaftmeissels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2
den Ausschnitt Z der Fig. j in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 einen Ausschnitt
aus einem Rundschaftmeissel, ähnlich dem nach Fig. 2, welcher gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, Fig. 4 eine ausschnittsweise
und teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rundschaftmeißels gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 den Ausschnitt aus Fig.
4 in vergrößerter Darstellung, Fig. 6 eine ausschnittsweise und teilweise geschnittene
Seitenansicht eines Rundschaftmeißels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung, Fig. 7 einen Ausschnitt aus Fig. 6 in vergrößerer Darstellung, Fig. 8
je einen längsgeschnittenen Ausschnitt und 9 aus einem Drehmeißel gemäß zwei weiteren
Ausführungsbeispielen der Erfindung, Fig. 10 eine ausschnittsweise und teilweise
geschnittene Seitenansicht eines Rundschaftmeißels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, Fig. 11 einen Ausschnitt aus Fig. 10 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 12 einen Ausschnitt aus einem Rundschaftmeißel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
Fig. 13 einen Schnitt durch Fig. 12 in vergrößerter
Darstellung gemäß Schnittlinie 13-13, Fig. 14 einen geschnittenen Ausschnitt aus
einem Werkzeug, bei dem es sich um einen Rundschaftmeißel, einen Flachmeißel, eine
Bohrkrone oder dergl. handeln kann, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung, Fig. 15 einen geschnittenen Ausschnitt aus einem Drehmeißel während des
Lötens, Fig. 16 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Einlage des Lötspaltes
des Drehmeißels nach Fig. 15, Fig. 17 einen geschnittenen Ausschnitt aus einem Werkzeug
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Rundschaftmeißel 10 kann beispw.
bei Teilschnitt- und Abbaumaschinen zum Abbau von Steinen, Erzen, Mineralien, Kohle
und dergl.
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eingesetzt werden und weist einen rotationssymmetrischen Schaft 11
auf, der an seinem vorderen Stirnende eine als Sackloch ausgebildete koaxiale Mittelbohrung
12 aufweist, in der als Hartmetallteil 13 eine sogenannte Hartmetallspitze mittels
Lot 14 befestigt ist. Bei diesem Lot 14 kann es sich zweckmäßig um ein Hartlot,
vorzugsweise
um ein silber- und/oder kupf erhaltiges Hartlot mit Schmelzpunkten von bspw. 700
-11000 C handeln. Der Schaft 11 ist ein Träger für das Hartmetallteil 13. Das Hartmetallteil
13 ist in dem in der Bohrung 12 befindlichen Bereich von einer Einlage 16 umfaßt,
die aus einer in das Lot 14 eingebetteten, aus einem Band 15 schraubenlinienförmig
gewundenen Spirale 16, die also in Art einer Schraubenfeder gewunden ist, besteht.
Die Spirale 16 kann vorzugsweise aus Metall, bspw. aus Eisen bestehen.
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Der gesamte Lötspalt 41 zwischen dem Hartmetallteil 13 und der Wandung
der Bohrung 12 ist mit dem Lot 14 und dieser sich ungefähr über die Höhe des zylindrischen
Bereiches des Lötspaltes 41 erstreckenden Spirale 16 ausgefüllt.
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Das diese Spirale 16 bildende Metallband 15 hat rechteckförmigen Querschnitt,
dessen sich in Richtung der Längsmittelachse der Spirale 16 erstreckende Höhe, wie
dargestellt, größer als seine Breite und auch größer als der Abstand zwischen benachbarten
Gewindegängen der Spirale 16 ist. Vorzugsweise kann die Spirale 16 sich über 30
- 80 %, besonders zweckmäßig über 40 - 75 % der von ihr umfaßten Umfangsfläche des
Hartmetallteiles 13 erstrecken.
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Die äußere und die innere Breitseite 17, 18 des Metallbandes 15 weisen
solche Oberflächenbeschichtungen auf, daß sie sich beim Löten über die volle Länge
des Metallbandes 15 nicht mit dem Lot 14 verbunden haben, also mit ihm nicht verlötet
sind und so im Lötspalt vorbestimmte rissartige Unterbrechungen als Schwachstellen
im Lötspalt 41 schaffen. Dagegen können die beiden Schmalkanten 19, 20 des Metallbandes
15 bezüglich ihrer Oberflächen so ausgebildet sein, daß sie sich mit dem Lot 14
beim Löten verbinden, also mit dem Lot verlötet sind, Damit sich die beiden Breitseiten
17, 18 des Metallbandes 15, das vorzugsweise aus weichem Metall, bspw. aus Weicheisen,
bestehen kann, mit dem Lot 14 beim Löten nicht verbinden, können sie irgendwelche
hierfür geeigneten Beschichtungen aufweisen, bspw. dünne keramische Beschichtungen
oder dergl. Besonders zweckmäßig ist, wenn diese beiden Breitseiten 17, 18 des Metallbandes
15 durch Alitierung beschichtet sind. Dies sei an einem Beispiel erläutert. Es sei
angenommen, daß das Metallband 15 aus Eisen besteht und seine beiden Breitseiten
zunächst mit Aluminium beschichtet wurden und es dann einer Temperatur von etwa
7000 c und höher ausgesetzt wurde. Es bildet sich dann durch diese thermische Behandlung
aus
dem Aluminium und Eisen eine intermetallische Schicht von hoher Hitzebeständigkeit,
indem die Aluminiumschicht mit einer begrenzten Menge des anliegendenden Eisens
die Verbindung Al3Fe bildet. Diese intermetallische Schicht sieht dunkelgrau aus
und haftet fest auf dem Eisen, verbindet sich nicht mit dem Lot 14 und hält die
Löttemperaturen aus.
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Zum Einlöten des Hartmetallteiles 13 in den Schaft 14 kann wie folgt
vorgegangen werden: Die die Löttemperaturen aushaltende Spirale 16 wird auf den
kreiszylindrischen Umfang der rotationssymmetrischen Hartmetallspitze unter Aufweitung
aufgeschoben und hält sich dann von selbst auf diesem Umfang. Dabei berühren sich
in diesem Ausführungsbeispiel ihre Windungen nicht, haben also Abstand voneinander,
wie es die Fig, 1 und 2 zeigen. Dieses Hartmetallteil 13 mit Spirale 16 wird dann
zusammen mit der erforderlichen Menge Lot in Pulverform in die Bohrung 12 eingesetzt
und dann wird dieser Meißel 10 auf die für das Löten erforderliche hohe Temperatur
erhitzt, so daß das Lotpulver schmilzt und den gesamten Spalt zwischen der Wandung
der Bohrung 12 und dem Hartmetallteil 13 ausfüllt, indem das Hartmetallteil 13 mit
der Spirale 16
nach unten sinkt. Das Lot 14 gelangt dabei auch
in die Bereiche zwischen der inneren Breitseite t8 und der äußeren Breitseite 17
des Metallbandes 15 und das Hartmetallteil 13 bzw. die Wandung der Bohrung 12, so
daß die Spirale 16 vollständig in das Lot 14 eingebettet wird. Dieses Lot 14 verbindet
sich mit der Wandung der Bohrung 12 und dem Hartmetallteil 13. Es kann sich, wie
erwähnt, auch mit den schmalen Seitenkanten 19, 20 des Metallbandes 15 verbinden,
nicht jedoch mit seinen Breitseiten 17, 18. Indem es sich nicht mit den Breitseiten
17, 18 verbindet, werden die Spannungen im Hartmetallteil 13 so reduziert, daß die
Gefahr von Spannungsbrüchen im Hartmetallteil 13 verringert oder ganz behoben wird.
Der schraubenlinienförmige Spalt der Spirale 16 bildet einen von einer entsprechenden,
die Umfangswand 36 der Bohrung 12 mit dem Umfang 37 des Hartmetallteiles 13 verbindenden
Lotbrücke 39 durchdrungenen Durchlaß 35 dieser Einlage 16.
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Auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen kann das Lot 14 vorzugsweise
Hartlot sein, insbesondere Lot auf der Basis von Kupfer und/oder Silber, einschließlich
reinem Kupfer oder Silber.
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Der in Fig. 3 ausschnittsweise dargestellte Meißel 10 kann dem Rundschaftmeißel
nach Fig. 1 und 2 mit folgenden Unterschieden entsprechen: Ein erster Unterschied
besteht darin, daß die in der äußeren Form gleich oder ähnlich wie die Spirale 16
nach Fig. 1 und 2 gestaltete, schraubenlinienförmig gewundene Spirale 16', die eine
ebenfalls vollständig in das Lot 14 eingebettete Einlage bildet, aus einem Metallband
15' besteht, das zwei Metallschichten 22,23
aufweist, die zur Bildung
einer Schwachstelle im Lötspalt 41 miteinander wesentlich weniger fest verbunden
sind als das Lot 14 mit der Einlage 16', dem Hartmetallteil 13 und dem Schaft 11.
In diesem Ausführungsbeispiel kann sich die gesamte Oberfläche dieses Metallbandes
15' fest mit dem Lot 14 verbinden, also sowohl die beiden Breitseiten als auch die
beiden Schmalseiten des im Querschnitt rechteckförmigen Metallbandes 15'. Da auch
die beiden Schichten 22,23 des Metallbandes 15' miteinander verbunden sind, kann
beim Löten kein Lot 14 zwischen sie eindringen. Jedoch ist die Verbindung zwischen
diesen beiden Schichten 22,23 weniger fest als die Verbindung dieses Metallbandes
15' mit dem Lot 14. Zu diesem Zweck kann das Metallband 35' bspw. dadurch hergestellt
sein, indem zwei vorzugsweise ungefähr gleichdicke Metallbänder bspw. aus Stahl
oder Eisen mit ihren Breitseiten übereinander gelegt und durch Kaltwalzen miteinander
verbunden werden, so daß sie dann die beiden Schichten 22,23 bilden. Durch Spannungen
im Hartmetallteil 13 kann es dann vorkommen, daß sich die beiden Schichten 22,23
des Metallbandes 15' stellenweise voneinander lösen, da sie weniger fest aneinander
haften als die Lötstellen. Diese weniger feste Verbindung der beiden Schichten 22,23
miteinander'schafft so insbesondere Scherbrchen ausgesetzte Sollbruchstellen,und
durch hierdurch entstehende Brüche der Verbindung der beiden Schichten 22,23 werden
die im Hartmetallteil auftretenden Spannungen und damit die Gefahr von Spannungsrissen
in ihm verringert oder letztere Gefahr sogar ggfs. ganz behoben. Obwohl es am einfachsten
ist, vorzusehen, daß sich die gesamte Außenoberfläche der Spirale 16' mit dem Lot
14 verbindet, kann in manchen Fällen zur weiteren Verringerung der Spannungen im
Hartmetall auch vorgesehen sein, daß die Außenoberfläche der Spirale 161 vollständig
oder bereichsweise mit einer sich mit dem Lot 14 nicht verbindenden Beschichtung
versehen ist.
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Der Rundschaftmeißel 10 nach den Fig. 4 und 5 kann wieder wie der
Rundschaftmeißel 10 nach Fig. 1 ausgebildet sein, mit dem Unterschied, daß die eine
Einlage im Lötspalt 41 bildende, ebenfalls schraubenlinienförmig gewundene Spirale
16" aus einem Metallrohr 15" ungefähr rechteckförmigen Querschnittes gewunden ist,
wobei die Windungen dieser Spirale 16" in diesem Ausführungsbeispiel sich berühren
oder nahezu berühren, also keine oder kleinere Abstände voneinander haben als bei
den Ausführungsbeispielen nach den Fig, 1 bis 3.
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Dieses Metallrohr 15" weist also einen nahezu rechteckförmigen, nur
Luft enthaltenden Hohlraum 24 auf, der jedoch an den beiden Längsenden abgeschlossen
ist, damit beim Löten kein Lot 14 in. ihn eindringen kann.
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Die Oberfläche dieses Rohres 15" kann so ausgebildet sein, daß sie
sich mit dem Lot 14 fest verbindet. Bspw.
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kann dieses Rohr aus Eisen oder Stahl bestehen. Es kann bspw. dadurch
hergestellt sein, indem man ein rundes Rohr in die ungefähr rechteckförmige Querschnittsgestalt
walzt, derart, daß der Hohlraum des Rohres nur flacher wird, also nicht verschwindet.
Die durch diesen Hohlraum 24 des rohres 15" bewirkte elastische oder plastische
Kompressibilität des'Rohres 15u vermindert die auftretenden Spannungen. im Hartmetallteil
13 und vermindert so die Gefahr von Spannungsrissen oder behebt sie ganz. Dabei
kann noch eine weitere Verringerung dieser Spannungen im Hartmetallteil 13 erreicht
werden, wenn man die Außenoberfläche dieses Rohres 15" vollständig oder stellenweise
so ausbildet, daß sie sich mit dem Lot beim Löten nicht verbunden hat, sie also
bspw. alitiert.Auch diese Einlage 16" schafft mindestens eine Schwachstelle im Lötspalt
41.
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Der Rundschaftmeißel 10 nach den Fig. 6 und 7 kann wieder gleich oder
ähnlich wie der nach Fig. 1 ausgebildete sein mit dem Unterschied, daß in das Lot
als Einlage ein metallischer Topf 16a eingebettet ist, der sich ungefähr über die
Höhe des Lötspaltes 41 erstreckt und dessen Umfangswandung und Boden gleichmäßig
perforiert sind. Die Innen- und Außenoberflächen dieses bspw, aus Eisen bestehenden
Topfes ist bspw. durch Alitierung mit einer sich mit dem Lot 14 nicht verbindenden
Beschichtung versehen, die also der der Spirale 16 der Fig. 1 entsprechen kann.
Die Wandungen der Löcher dieses Topfes 16a können dagegen unbeschichtet sein und
sich so mit dem Lot 14 verbinden, In diesen Topf ist das Hartmetallteil 13 wie dargestellt
eingesetzt.
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Beim Verlöten, d. h. beim Schmelzen des Lotes dringt das Lot 14 durch
die Durchlässe bildenden Löcher 35' des Topfes und zwischen die gesamte Oberfläche
des Topfes 16a und das Hartmetallteil 13 und die Wandung der Bohrung 12 des Schaftes
11 ein und verbindet sich sowohl mit dem Hartmetallstift 13 als auch mit der Wandung
der Bohrung 12 und mit den Umfangsflächen der Löcher des Topfes 16a. Infolge der
Löcher des Topfes 16a bilden sich zwischen dem Hartmetallteil 13 und der Wandung'
der Bohrung 12 des Schaftes 1 die Löcher des Topfes durchdringende Brücken 39 aus
Lot 14 aus, die in diesem Ausführungsbeispiel kreisrunde Querschnitte haben. Z.
B. kann die Gesamtsumme der Querschnitte dieser stegförmigen Brücken 20-80 % der
vom Lot 14 bedeckten Oberfläche des Hartmetallteiles 13 betragen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ferner der Boden der Bohrung 12 des Schaftes 11 eben. Anstelle des Topfes 16
a kann ggfs.
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auch nur eine der Topfumfangswandung entsprechende
Hülse
vorgesehen sein, die den kreiszylindrischen Bereich des Hartmetallteiles 13 innerhalb
der Bohrung j2 umfaßt.
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Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 wird erheblicher Spannungsabbau
im Hartmetall 13 erreicht und dadurch ebenfalls die Gefahr von Spannungsrissen im
Hartmetall verringert oder behoben.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 zeigt einen geschnittenen Ausschnitt
aus einem Drehmeißel 10', der aus einem stabförmigen Träger 11' und einem, in eine
rechtwinklige Ausnehmung des Trägers 11' eingelöteten Hartmetallplättchen 13' besteht.
Es ist in diesem Ausführungsbeispiel in den winkligen, sich über die Breite des
Hartmetallteiles 13'erstreckenden Lötspalt 41 als Einlage ein sich über dessen Breite
und Länge erstreckender, gleichmäßig perforierter dünner Blechwinkel 16b eingesetzt,
der vollständig in das Lot 14 eingebettet ist. Die Oberfläche dieses Winkels 16b
ist ggfs. mit Ausnahme der Wandungen seiner Löcher mit einer Beschichtung bspw.
durch Alitierung versehen, die sich mit dem Lot nicht verbindet. Auch diese Einlage
16 b schafft durch ihre sich mit dem Lot 14 nicht verbindende Beschichtung im Lötspalt
41 als Schwachstellen rißartige Unterbrechungen, die die Spannungen im Hartmetallteil
13' verringern und hierdurch die Gefahr von Spannungsrissen im Hartmetallteil 13'
verringern oder beheben.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 9, die wieder einen geschnittenen
Ausschnitt aus einem Drehmeißel 0' ähnlich dem nach Fig. 8 zeigt, ist die Verringerung
der Spannungen im als Hartmetallplättchen ausgebildeten Hartmetallteil 13' dadurch
bewirkt, indem die den Lötspalt 41 begrenzenden Oberflächen des aus Stahl od. dgl.
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bes#tehenden Schaftes 11' und des Hartmetallteiles 13' an einer Vielzahl
von gleiciitiäß.ig# oder ungleichmäßig verteilten, vorbestirmrten Stellen mit sehr
dünnen Beschichtungen 40 versehen sind, die so ausgebildet sind, daß sie sich mit
dem Lot 14 beim Löten nicht verbunden haben. Diese Beschichtungen 40 können bspw.
-
streifenförmig sein oder andere# Gestaltungen haben und gemäß einem
Raster angeordnet sein, wobei sich die Beschichtungen 40 am Hartmetallteil 13' und
am Stahl des Schaftes 11' wie dargestellt einander gegegenüberstehen können oder
auch zueinander versetzt sein können.
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Diese Beschichtungen 40 können auch rund sein, oder sonstige geeignete
Gestaltungen und Anordnungen haben. Auch ist es denkbar, diese Beschichtungen 40
nur am Hartmetallteil 13' oder nur am Schaft 11' vorzusehe. Diese Beschichtungen
40 sind so beschaffen, daß SILn sie/mit dem Lot nicht verbinden. Bspw, können die
Beschichtungen 40 aus Siliziumcarbid SiC, aus Aluminium oxid Al203, aus sonstiger
Oxidkeramik oder dergleichen bestehen und beispielsweise 20 bis 80 % der LötspaltwandflAchen
bedecken.
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In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1-8 sind die Einlagen 16,16',16"16a
und 16b vollständig in das Lot 14 eingebettet. Es ist jedoch auch denkbar, daß nicht
in
jedem Fall das Lot vollständig zwischen die Einlage und den
Schaft 11,11' bzw. das Hartmetallteil 13,13' eindringt, falls die Einlage stellenweise
sehr dicht an dem Hartmetallstück 13,13' bzw. dem Schaft 11,11' anliegt, so daß
dann keine vollständige Einbettung vorliegen kann.
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Die Dicke der Lötspalte kann bei allen Ausführungsbeispielen beispielsweise
0,4 bis 1 mm betragen, jedoch gegebenenfalls auch größer oder kleiner sein.
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Die Dicken der Einlagen 16, 16', 16", 16b können vorzugsweise 0,1
bis 0,5 mm betragen, jedoch gegebenenfalls auch noch größer oder kleiner sein.
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Anstatt im Lötspalt jeweils nur eine Einlage anzuordnen, können auch
jeweils mehrere Einlagen in ihm angeordnet sein. Bspw. könnten im Falle der Ausführungsbeispiele
nach den Fig. 1 - 7 anstelle der Spirale 16 bzw. 16' bzw. 16'' jeweils eine Mehrzahl
von Ringen das Hartmetallteil 13 vollständig oder im wesentlichen umfassen, bspw.
in Ringnuten der Wandung der Bohrung 12 eingesetzt oder unter Vorspannung auf das
Hartmetallteil 13 aufgesteckt sind.
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Die Substanz des Lotes 14 wird bei allen Ausführunqsbeispielen durch
die Einlagen 16,16',16'', 16a, 16b und die Beschichtungen 40 nicht beeinflusst,
bleibt also unverändert. Es können irgendwelche für das jeweilige Werkzeug geeignete
Lote verwendet werden, vorzugsweise Hartlote. Doch sind auch Weichlote anwendbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 10 und 11 handelt es sich
wieder um einen Rundschaftmeißel 10.
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Der Träger 11 kann bspw. aus Stahl bestehen. Die Materialien des Hartmetallteiles
33 und des Trägers 11 sind so, daß das flüssige Lot 14 beim Löten durch Kapillarwirkung
entlang dem Gewinderücken 49 eines in die Umfangswandung des Sackloches 12 des Hartmetallteiles
13 eingeschnittenen Gewindes 46 unter Benetzung dieses Gewinderückens 49 und des
diesem schraubenlinienförmigen Gewinderücken 49 gegenüberliegenden, ebenfalls entsprechend
schraubenlinienförmig verlaufenden Flächenbereiches des kreiszylindrischen Umfanges
des Hartmetallteiles 13 aufsteigen kann. Das Hartmetallteil 13 kann bspw.
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im wesentlichen aus Metallcarbid, vorzugsweise Wolframcarbid, bestehen.
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Das in den Träger 11 eingeschnittene Gewinde 46 weist ein Trapezprofil
auf, ist also hier ein Trapezgewinde, so daß der Gewinderücken 49 im Profil eine
gerade, zur Längsachse des Hartmetallteiles parallele Linie bildet. Damit schafft
dieser schraubenlinienförmig verlaufende Gewinderücken 49 zwischen sich und dem
Hartmetallteil 13 einen sehr schmalen schraubenlinienförmig verlaufenden Schlitz
62, in welchem beim Löten des flüssige Lot 14 durch Kapillarwirkung bis zum oberen
Ende des Gewindes 46 aufsteigt. Die Gewindeflanken 60 und der Gewindeboden 61 werden
durch das beim Löten aufsteigende flüssige Lot 14 nicht benetzt, so daß die eine
Vertiefung bildende Nut 44 des Gewindes 46 zusammen mit dem ihr direkt gegenüberliegenden
schraubenlinienförmigen Bereich der kreiszylindrischen Umfangs-
wandung
des Hartmetallteiles 13 eine schraubenlinienförmige, an dem oberen Ende des Lötspaltes
41 offene Höhlung 45 im Lötspalt 41 bildet, die bis nahe zum hier ebenen Boden des
Sackloches 12 verläuft. Dieser Boden des Sackloches 12 ist ganz mit Lot 14 bedeckt,
dessen Spiegel 63 sich in geringem Abstand über der unteren Stirnseite des Hartmetallteiles
13 befindet, was durch den Lötvorgang bedingt ist, der nachfolgend noch näher beschrieben
wird.
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Zunächst sei jedoch erwähnt, daß anstelle des dargestellten eingängigen
Trapezgewindes 46 auch mehrgängige Trapez gewinde oder auch andere geeignete ein-
oder mehrgängige Gewinde vorgesehen sein können, vorzugsweise Sägegewinde oder Flachgewinde
(Flachgewinde = Gewinde mit Rechteckprofil), da die Gewinderücken dieser Gewinde
im Profil ebenfalls gerade Linien bilden, die parallel zu den Mantellinien der ihr
gegenüberliegenden Umfangswandung des Hartmetallteiles verlaufen, was für die Kapillarwirkung
günstig ist. Wenn das Hartmetallteil 13 anstelle einer zylindrischen Umfangswandung
eine konisch verlaufende Umfangswandung hat, ist das Gewinde 46 entsprechend konisch
zu schneiden. Ggfs. können auch andere Gewinde, bspw. mit abgerundeten Gewinderücken
( = Rundgewinde) vorgesehen werden.
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Wie besonders deutlich aus Fig. 11 zu ersehen ist, befindet sich Lot
14 oberhalb des Lotspiegels 63 nur in dem schmalen, schraubenlinienförmigen Schlitz
62 zwischen dem Gewinderücken 49 und dem Hartmetallteil 13 und ist hier mit dem
Gewinderücken 49 und dem Hartmetallteil 13 verbunden, so daß die durch die Gewindenut
44 und den ihr gegenüberliegenden schraubenlinienförmigen Umfangswandbereich des
Hartmetallteiles 13 im wesentlichen gebildete schraubenlinienförmige Höhlung 45
lotfrei ist. Lot grenzt an diese Höhlung 45 nur an den schmalen Höhlungswandbereichen
an, die durch das Lot im Schlitz 62 gebildet sind. Die Weite dieses Schlitzes 62
und damit die Schichtdicke des in ihm befindlichen Lotes 14 kann vorzugsweise max.
250 Wm, bspw. 50 bis 250 Am betragen.
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Das Lot 14 kann vorzugsweise ein Hartlot auf Kupferbasis, Silberbasis
oder ein sonstiges Hartlot sein.
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In Sonderfällen ist es auch denkbar, Weichlot einzusetzen.
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Zum Verlöten des Hartmetallteiles 13 mit dem Träger 11 wird wie folgt
vorgegangen: Auf den Boden des Sackloches 12 wird zuerst eine geringe Menge Lotpulver
eingebracht und dann das Hartmetallteil 13 in das Sackloch 12 des Trägers 11 eingesetzt.
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Dann wird das Werkzeug 10 in einen Ofen eingebracht, in dem die vorgesehene
Löttemperatur von bspw. 700 bis 11500C herrscht, so daß das Lot schmilzt und das
Hartmetallteil 13 taucht dann in diese Schmelze etwas ein.
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Und zwar ist die Menge an Lot so gering, daß der
Spiegel
63 dieser Schmelze nur sehr wenig, bspw. nur einige Zehntel Millimeter über die
untere Stirnseite des Hartmetallteiles 13 nach oben übersteht.
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Das flüssige Lot 14 dieser Schmelze fördert sich jedoch selbst durch
die Kapillarwirkung in dem schraubenförmigen Schlitz 62 zwischen dem Gewinderücken
49 des Gewindes 46 und dem Umfang des Hartmetallteiles 13 nach oben bis zum oberen
Ende des Gewindes 46. Anschließend wird der Rundschaftmeissel 10 aus dem Ofen genommen
und kühlt ab mit der Folge, daß das Lot 14 hart wird und nunmehr das Hartmetallteil
13 mit dem Träger 11 nur an folgenden Stellen verlötet ist: beginnend am oberen
Ende des Gewindes entlang dem Gewinderücken 49 bis zum Spiegel 63 der ursprünglichen,
erkalteten Lotschmelze und ferner im Bereich dieser ursprünglichen Lotschmelze,
die jedoch nur den Boden des Sackloches 12 in geringer Höhe bedeckt.
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Durch die Höhlung 45 ist eine schraubenlinienförmige Schwachstelle
im Lötspalt 41 geschaffen, die sich im wesentlichen über die Höhe dieses Lötspaltes
41 erstreckt und eine Unterbrechung im Lötspalt 41 bildet, durch die die Gefahr
von Spannungsrissen des Hartmetallteiles 13 erheblich reduziert oder ganz behoben
wird, indem sie die Spannungen im Hartmetallteil 13 reduziert, insbesondere die
durch unterschiedliche thermische Dehnungen und Schrumpfungen des Hartmetallteiles
13 und des Trägers ii verursachten Spannungen.
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Auch bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13 ist im Lötspalt
43 des ausschnittsweise dargestellten Rundschaftmeißels 10 keine Einlage vorhanden.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem nach den Fig. 10 und 31 dadurch,
daß anstelle des in die Umfangswand des Sackloches 12 des Trägers 11 eingeschnittenen
Gewindes in diese Umfangswand eine Vielzahl von zueinander parallelen und zur Längsachse
des Sackloches und des Hartmetallteiles achsparallelen Nuten 44' bspw. durch Stoßen
oder Gießen eingeformt sind, die alle gleiches Querschnittsprofil aufweisen und
zwischen sich trapezähnliche Zähne 47 der Umfangswandung des Sackloches 12 bilden,
die gleiche Profile aufweisen und achsparallel zueinander und zur Längsachse des
Hartmetallteiles 33 sind und deren Zahnrücken 49' kreisbogenförmiges Profil aufweisen,
wobei der Krümmungsmittelpunkt dieses Kreisbogenprofiles in die Längsachse des Trägers
33 und damit des Hartmetallteiles 13 fällt.
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Das im Lötspalt 43 befindliche Lot 14 bedeckt den Boden des Sackloches
2 in geringer Schichthöhe und ist vom Lotspiegel 63 aus beim Löten durch Kapillarwirkung
nur entlang den Rücken 49' der Zähne 47 nach oben in den mit dem Hartmetallteil
13 gebildeten schmalen Schlitzen 62' bis zum oberen Ende des Lötspaltes 41 hochgestiegen,
so daß oberhalb der nur den Boden dünn bedeckenden ursprünglichen Schmelze des Lotes
das Lot 14 nur mit den Zahnrücken 49' und den diesen Zahnrücken 49' direkt gegenüberliegenden,
entsprechend streifenförmigen schmalen Bereichen der kreiszylindrischen
Umfangswandung
des Hartmetallteiles 13 fest verbunden ist. Auf diese Weise bilden die axialen Nuten
44' zusammen mit den ihnen direkt gegenüberliegenden streifenförmigen Bereichen
der Umfangswandung des Hartmetallteiles 13 axial verlaufende, gerade Höhlungen 45
im wesentlichen reckteckförmigen Querschnittes, an die seitlich auch die dünnen
Streifen Lot 14, die die Schlitze 62' ausfüllen, angrenzen. Die Dicke dieser Lotstreifen
kann wieder zweckmäßig max. ca. 250 Fm, vorzugsweise 50 bis 250 Fm betragen.
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Das Einlöten dieses Hartmetallteiles 13 in das Sackloch 12 des Trägers
11 kann wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 10 und 13 erfolgen, indem
man zuerst in das Sackloch 12 Lotpulver einbringt und dann das Hartmetallteil 13
in das Sackloch 12 einsetzt und den Träger 11 mit Hartmetallteil 13 dann anschließend
in einen Ofen bringt, wo das Lot schmilzt und dann auf dem Boden eine dünne Schmelze
bildet, von der aus Lot durch Kapillarwirkung nur in den geraden Schlitzen 62' zwischen
den Zahnrücken 49' und den ihnen gegenüberliegenden Bereichen des Hartmetallteiles
13 nach oben aufsteigen kann, wogegen die Nuten 44' so tief sind, daß in ihnen kein
Lot durch Kapillarwirkung aufsteigen kann, so daß sie beim Löten leer bleiben und
die Höhlungen 45 im wesentlichen bilden.
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Fig. 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ausschnittsweise dargestellten
Rundschaftmeißels 10, ähnlich nach Fig. 1. Und zwar ist in das Sackloch 12 des Rundschaftmeißels
10 ein bolzenförmiger Hartmetallstift als Hartmetallteil 13 eingesetzt, auf den
vor dem Löten eine schraubenlinienförmige gewundene Spirale 16c, vorzugsweise aus
weichem Metall, bspw.
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Weicheisen, unter schwacher Vorspannung sich selbst haltend aufgeschoben
wurde. Diese Spirale 16c ist ebenfalls aus Flachband aus Weicheisen oder dergl.
gewunden, wobei die Höhe ihres rechteckförmiges Profiles größer als die Breite dieses
Profiles ist, Die Abstände zwischen benachbarten Gewindegängen dieser Spirale 16c
können wiederum vorzugsweise kleiner als die Höhe des Profiles des Flachbandes sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte Oberfläche der Spirale 16c so ausgebildet,
daß sie lötfähig ist, sich also das Lot 14 mit ihr überall da verbinden kann, wohin
das Lot 14 beim Löten gelangt. Desgleichen ist die gesamte im Lötspalt 4T befindliche
Oberfläche des Hartmetallteiles 13 lötfähig, so daß sich auch an dieser Oberfläche
das Lot 14 überall dort verbinden kann, wo es hingelangt. Dasselbe trifft auf die
Wandung des Sackloches 12 des Trägers zu.
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Das Verlöten des Hartmetallteiles 13 mit dem Träger 11 und der Einlage
16c wurde jedoch so durchgeführt, daß die Einlage 16c eine schraubenlinienförmige,
im wesentlichen über die Höhe des Lötspaltes verlaufende Höhlung 45 rechteckähnlichen
Querschnittsprofiles freiläßt, die sich von der Umfangswandung 64 des
Trägers
11 bis zur Umfangswandung 65 des Hartmetallteiles 13 erstreckt und durch den Zwischenraum
zwischen den Gewindegängen der Spirale 1-6c mit gebildet ist.
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Die Höhe des Querschnittes dieser Höhlung 45 entspricht dem lichten
Abstand zweier benachbarter Gewindegänge der Spirale 16c. Diese Höhlung 45 hat also
ungefähr rechteckförmigen Querschnitt und verläuft schraubenlinienförmig gewunden
ungefähr über die Höhe des kreiszylindrischen Bereiches des Sackloches 12 des Trägers
11. Dies wird beim Löten wie folgt erreicht: In das Sackloch des Trägers 11 wird
wiederum nur eine geringe Menge Lotpulver eingebracht und dann wird der Hartmetallstift
13 in das Sackloch 12 eingesetzt.
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Anschließend wird der Träger 11 mit Hartmetallstift 13 in einen Ofen
mit ausreichend hoher Temperatur eingebracht,so daß das Lot 14 schmilzt und eine
nur am Boden des Sackloches bis etwa einige Zehntel mm über die untere Stirnseite
des Hartmetallteiles überstehende Lotschmelze entsteht, von der aus das flüssige
Lot 14 nur durch Kapillarwirkung nach oben steigen kann. Diese Kapillarwirkung tritt
nur in den beiden schmalen schraubenlinienförmigen Schlitzen 62" auf, die zwischen
der Spirale 16c und der Umfangswandung des Sackloches 12 des Trägers 11 und zwischen
dem Hartmetallteil 13 und der Spirale 16c bestehen, nicht jedoch in dem viel breiteren,
schraubenlinienförmigen Bereich zwischen den Gewindegängen der Spirale 16c. Das
Lot 14 verbindet sich also oberhalb des Spiegels 63 der Lotschmelze und damit im
wesentlichen über die Höhe des Lötspaltes 41 nur mit den äußeren und inneren Breitseiten
der Spirale
16c und den diesen Breitseiten gegenüberliegenden,
ihnen in Größe ungefähr entsprechenden Flächenabschnitten der kreiszylindrischen
Umfangswände des Hartmetallteiles 13 und des Sackloches 12.
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Der restliche schraubenlinienförmige Bereich des Lötspaltes 41 oberhalb
des Spiegels 63 bleibt leer und bildet die Höhlung 45.
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Auch bei diesem Rundschaftmeißel 10 wird durch die durch die Einlage
16c mit geschaffene schraubenlinienförmige Höhlung 45, die eine Unterbrechung im
Lötspalt 41 bildet, die Fähigkeit des Lotes 14, Kräfte zwischen dem Hartmetallteil
und dem Träger zu übertragen, erheblich reduziert, da das Lot 14 die Höhlung 45
leer läßt, so daß ihm hier die Möglichkeit genommen ist, Kräfte zwischen dem Hartmetallteil
13 und dem Träger 11 zu übertragen. Die Spannungen im Hartmetallteil 13 werden verringert
und die Gefahr von Spannungsrissen in ihm verringert oder behoben.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 15 und 16 handelt es sich um
einen während des Lötens dargestellten Drehmeißel 10', ähnlich dem Drehmeißel 10'
nach Fig. 8, wobei jedoch die Löcher 66 der winkelförmigen, dünnen Einlage 16d nicht
mit Lot ausgefüllt sind. Dies erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel wiederum dadurch,
daß beim dargestellten Löten das im Tiegel 67 befindliche flüssige Lot 14 durch
Kapillarwirkung nur entlang den beiden Breitseiten der Einlage 16d im Lötspalt 41
aufgestiegen ist und so nicht in die Löcher 66 der
vorzugsweise
aus weichem Metall, bspw. Weicheisen, bestehenden Einlage 16d gelangen konnte, sondern
nur die Breitseite der Einlage 16d und die ihnen gegenüberliegenden Wandbereiche
des Hartmetallteiles 13' und des Trägers 11' benetzt. Zu diesem Zweck ist die Weite
der Schlitze zwischen der Einlage 16d und den Wänden des Lötspaltes 41 für die Kapillarwirkung
ausreichendem Maße klein, bspw. kann diese Weite 50 - 250 Am betragen. Die Wände
des Lötspaltes 41 und die gesamte Oberfläche der Einlage 16d können solche Beschaffenheiten
haben, daß sie sich mit dem Lot verbinden, d. h., soweit zu ihnen Lot gelangt.
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Beim Löten werden die Teile 11', 13' und 16d bspw.
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mittels Draht, einer Zange oder dergl. zusammengehalten, wobei die
gewünschten Abstände der Einlage 16d vom Träger 11' und Hartmetallteil 13' bspw.
durch Distanzstücke eingestellt sein können. Der Träger 11' mit dem Hartmetallteil
13' und der Einlage 16d wird dann im Ofen in die flüssige Lotschmelze im Tiegel
67 geringfügig eingetaucht, so daß das flüssige Lot durchKapillarwirkung in den
Schlitzen 62''' entlang den beiden Breitseiten der Einlage 16d ihre Löcher 66 freilassend
nach oben wandert. Der Drehmeißel 10' wird dann anschließend aus dem Ofen herausgenommen
und das Lot 14 kühlt sich ab. Es sind dann also im Lötspalt über seine Breite sich
erstreckende Schwachstellen durch die Höhlungen 45 im Bereich der Löcher 66 der
Einlage 16d vorhanden, die Unterbrechungen im Lötspalt 41 bilden und so die Fähigkeit
des Lotes, Kräfte zwischen dem Hartmetallteil und dem Träger zu übertragen infolge
der
Weglassung des Lotes in den Höhlungen 45 reduzieren und so die Gefahr von Spannungsrissen
im Hartmetallteil herabsetzen oder ganz vermeiden lassen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 weist der Träger 11 des wieder
einen Rundschaftmeißel 10 darstellenden Werkzeuges eine bikonische Sackbohrung 12
auf, die sich vom oberen Rand aus nach unten zum konischen Boden hin im Durchmesser
vergrößert, und der in sie eingesetzte rotationssymmetrische Hartmetallstift 13
weist einen bikonischen Umfang auf, der sich von oben nach unten im Durchmesser
verkleinert. Hierdurch entsteht ein Lötspalt 41, dessen lichte Weite sich umfangsseitig
des Hartmetallstiftes 13 von unten nach oben stetig verringert.
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Der Lötspalt 41 ist mit Lot ausgefüllt, in das als Einlagen kugelförmige
Partikel 16e eingebettet sind.
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Diese Partikel 16e haben geringeres spezifisches Gewicht als das Lot
14. Ihre Oberflächen sind so ausgebildet, bspw. aus Aluminiumoxid bestehend, daß
sie sich mit dem Lot 14 nicht verbinden. Das Einlöten dieses Hartmetallstiftes 13
in den Träger 11 erfolgt so, daß zuerst in das Sackloch 12 Lotpulver und die Partikal
16e eingefüllt werden. Dann wird der Hartmetallstift 13 eingesetzt und das Werkzeug
10 in einen die Löttemperatur aufweisenden Ofen eingesetzt.
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Das Lot 14 schmilzt dann. Die Schmelztemperatur der Partikel 16e ist
höher als die Löttemperatur, so daß diese sich nicht verändern. Sie steigen in der
flüssigen Lotschmelze unter Mitwirkung des konischen unteren Stirnendes des Hartmetallteiles
13 infolge ihres geringen spezifischen
Gewichtes nach oben, wodurch
der Hartmetallstift 13 nach unten sinkt, können jedoch aus dem Lötspalt 41 nicht
herausgelangen, weil die Durchmesser der Partikel 16e größer als die lichte Weite
des Lötspaltes 41 am oberen Ende sind. Die Partikel 16e sammeln sich so in dem flüssigen
Lot schwimmend im den Umfang des Hartmetallstiftes 13 umfassenden Bereich des Lötspaltes
41, wie dargestellt, fast vom Boden des Lötspaltes 41 bis nahe dessen oberen Ende
reichend an. Das Lot 14 reicht bis zum oberen Ende des Lötspaltes 41. Nach dem Löten
bilden diese Partikel 16e Schwachstellen im Lötspalt 41, da sie sich mit dem Lot
14 nicht verbunden haben. Sie verringern oder beheben die Gefahr von Spannungsrissen
im Hartmetallteil 13. Bevorzugt können sie aus weicherem Material als das Lot 14
bestehen.
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Die Hartmetallteile 13, 13' bestehen aus für solche Werkzeuge geeigneten
Hartmetallen. Bspw. können sie im wesentlichen aus Metallcarbiden, vorzugsweise
Wolframcarbiden, bestehen.
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Die Einlagen 16, 16', 16'', 16a - 16e bestehen jeweils aus Materialien,
die die Löttemperaturen aushalten.
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