DE4104788A1 - Sintermaschine fuer die herstellung von diamantwerkzeugen mit ringfoermigem querschnitt und verfahren zur herstellung von diamantwerkzeugen mit ringfoermigem querschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sintermaschine für die Herstellung von Diamantwerkzeugen mit ringförmigem Querschnitt und ein Ver­ fahren zur Herstellung solcher Werkzeuge, die einen hohlen zylin­ drischen Körper haben und zu der Art gehören, wie sie zur Her­ stellung von Bohrungen oder Löchern in Platten aus Granit, Stein und dergleichen verwendet werden.

Es handelt sich somit um Sintermaschinen, die eine erste Arbeits­ station, an der die pulverförmigen Bestandstoffe einem Druck und der Beheizung unterworfen werden, eine zweite Arbeitsstation, an der nach einer teilweisen Abkühlung die Elemente, die zur Defi­ nierung und Begrenzung der inneren Bohrung oder Höhlung der erzeugten Werkzeuge verwendet werden, aus den Formen ausgestoßen bzw. ausgeworfen werden, und eine dritte Arbeitsstation an der endgültig abgekühlt wird. Der Vorschub der Formenträger und die verschiedenen Operationen und Arbeitsgänge der Maschine werden automatisch ausgeführt.

Wie bekannt ist, werden für die Herstellung von Diamantwerkzeugen der hier infrage stehenden Art eine gewisse Menge von Diamant­ pulver mit geeigneten Bindemitteln vermischt und dieses Gemisch wird einem hohem Druck unter gleichzeitiger Erwärmung oder Be­ heizung unterworfen, damit die verschiedenen Teilchen und Parti­ kelchen miteinander verbunden werden und man ein hartes und kompaktes Werkzeug erhält, das die Gestalt der Form annimmmt, in der die pulverförmigen Bestandstoffe eingefüllt worden sind.

Die bekannten Sintermaschinen enthalten zwei Platten, von denen die eine beweglich ist und von einem ölhydraulischen Kolben betätigt wird und zwischen denen ein Formenträger mit einer Graphitform, welche die pulverförmigen Bestandstoffe enthält, eingesetzt wird, der einer Beheizung durch Induktion unterworfen wird, wobei gleichzeitig der vorgesehene Druck ausgeübt wird.

Die deutsche Patentanmeldung DE 38 28 939 (entsprechend der italienischen Patentanmeldung 44 809 A/87) beschreibt eine Sinter­ maschine, die eine Arbeitsstation, in der gesintert wird, und eine nachfolgende Arbeitsstation für das Abkühlen der Form ent­ hält, in welcher letztgenannten Arbeitsstation Mittel vorgesehen sind, die den Formträger von einer Station zur nächstfolgenden automatisch vorlaufen lassen. Diese bekannten Maschinen ermög­ lichen die Herstellung von Diamantsektoren mit vollem Querschnitt, man kann jedoch nicht Werkzeuge mit gelochtem Querschnitt erzeugen, z. B. diejenigen, die für die Herstellung von Löchern oder Bohrungen in Platten aus Stein, Granit und dergleichen verwendet werden.

Das obige Problem wird mit einer Sintermaschine und mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst.

Zu dem oben genannten Zweck ist bei einer Maschine für die Her­ stellung von Diamantwerkzeugen mit ringförmigem Querschnitt gemäß der Erfindung vorgesehen, daß sie (d. h. die Sintermaschine) Mittel zum Ausüben von Preßdruck in axialer Richtung auf die zu sinternden pulverförmigen Bestandstoffe und weiterhin Mittel zum Beheizen dieser pulverförmigen Bestandstoffe durch Übermittlung der Wärme durch die Seitenwände der Kammer enthält, in der die zu sinternden Bestandstoffe untergebracht sind. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Maschine Formen besitzt, die mindestens eine Bohrung und in dieser eine zylindrische Büchse aufweisen, in deren Innerem ein ringförmiger Preßstempel und ein in diesem eingesteckter Zapfen vorgesehen ist, wobei die Büchse, der Preß­ stempel und der Zapfen eine ringförmige Kammer für die sinternden pulverförmigen Bestandstoffe bildet. Das mit der Erfindung ge­ schaffene Verfahren zur Herstellung von Diamantwerkzeugen mit ringförmigem Querschnitt besteht aus folgenden Schritten:

• a) Das Sintern eines Gemisches von diamanthaltigem Pulver und als Bindemittel dienendem Pulver in einer Form, deren Wände durch eine innen zylindrische Büchse, durch einen ringförmigen Preßstempel und durch einen in dem Stempel eingesetzten Zapfen bestimmt sind;
• b) das anschließende teilweise Abkühlen mit Ausstoßen der Zapfen;
• c) eine nachfolgende Phase des endgültigen Abkühlens.

Hierbei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die pulverförmigen Bestandstoffe in axialer Richtung von beiden Seiten bzw. axialen Enden her komprimiert und durch die Seitenwände hindurch beheizt werden.

Gemäß der Erfindung sieht man also vor, gelochte Formen zu ver­ wenden, z. B. Formen mit mehreren Bohrungen mit zylindrischem Querschnitt, in welche Bohrungen jeweils eine hohle Büchse und ein in diese Büchse einführbarer Zapfen eingesetzt werden, derart, daß eine ringförmige Kammer zwischen diesem Zapfen, den Wänden der Form und der Kopfwand der Büchse gebildet wird, die mit diamanthaltigen Pulverstoffen gefüllt und durch eine zweite Büchse abgeschlossen wird, die ähnlich wie die vorhergegangene Büchse ausgebildet ist und die ebenfalls auf dem Zapfen aufgezogen wird. Die pulverförmigen Bestandstoffe werden unter Druck gesetzt, indem man auf die Büchsen einwirkt, während das Beheizen durch die Wände der Form hindurch erfolgt. Die erfindungsgemäße Maschine enthält eine erste Arbeitsstation für das Sintern, eine zweite Arbeitsstation, in der nach einer teilweisen Abkühlung die Ex­ traktion der Zapfen stattfindet, und eine dritte Arbeitsstation, in der das abschließende Abkühlen erfolgt. Es sind automatische Vorrichtungen zum Steuern der Vorschubbewegung der Formenträger und der verschiedenen Bewegungen der Platten vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Formenträger einer erfindungsgemäßen Maschine mit angebrachter Form in perspekti­ vischer Darstellung;

Fig. 2 eine Form für die neue Maschine während des Sinterns in einem Schnitt;

Fig. 3 eine Sintermaschine gemäß der Erfindung in Draufsicht und teilweise geschnitten;

Fig. 4 die Sinterstation der Maschine nach Fig. 3 in Draufsicht und im Schnitt im größeren Maßstab;

Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 im Schnitt;

Fig. 6 die Arbeitsstation, in der das Abkühlen und das Auswerfen der Zapfen stattfindet, in einer Draufsicht, ebenfalls in größerem Maßstab.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist bei einer Sintermaschine gemäß der Erfindung ein Förderer bekannter Art vorgesehen, der mit 1 bezeichnet wird, er transportiert eine Mehrzahl von Form­ trägern 2, wobei er sie entlang einer Gleitbahn 3 bewegt und sie nacheinander auf eine Arbeitsstation, in der das Sintern statt­ findet und die mit 4 bezeichnet ist, zu einer Arbeitsstation 5, in der teilweise abgekühlt wird und die Zapfen entfernt, ausge­ stoßen oder ausgeworfen werden, und zu einer Arbeitsstation 6 führt, in der endgültig abgekühlt wird.

Die Formträger 1 (Fig. 1) bestehen aus einem Rahmen 7 in dessen Inneren die Formen 8 aus Graphit untergebracht sind, die jeweils mit einer Mehrzahl von zylindrischen Bohrungen 9 versehen sind.

In Fig. 2 ist eine Form während der Phase des Sinterns im Schnitt gezeigt. Im Innern jeder Bohrung 9 ist eine selbstzentrierende Büchse 10 vorgesehen, in die ein Preßstempel 11 angeordnet wird, der ebenfalls zylindrisch ist und in dessen Inneren ein ebenfalls zylindrischer Zapfen 12 eingeführt wird. Die ersetzbare, aus­ wechselbare Büchse 10 kann vorteilhafterweise aus einem Material vorgesehen werden, das von demjenigen für die Herstellung der Form selbst (im allgemeinen Graphit) verschieden ist, zum Zwecke einer größeren Lebensdauer oder sie kann überhaupt wegfallen, wobei die Konstruktion der Formen vereinfacht wird.

Zwischen der Innenwand der Büchse 10, der Kopfwand des Stempels 11 und der Außenwand des Zapfens 12 wird somit eine ringförmige Kammer gebildet, in die das Gemisch aus Diamantpulver und Binde­ material 13 eingefüllt wird. Ein weiterer Preßstempel 11′, der ähnlich dem vorherigen Stempel ausgebildet ist, wird auf dem Zapfen 12 aufgeschoben, um die Ringkammer abzuschließen und das pulverförmige Material zu komprimieren. Dies ist die in Fig. 2 dargestellte Situation, in der mit 14 und 14′ die Platten gezeigt sind, mit deren Hilfe die pulverförmigen Bestandstoffe kompri­ miert werden, welche Platten weiter unten in Einzelheiten erläu­ tert werden.

Ein Paar von Elektroden 15 und 15′ werden gegen die Wand der aus Graphit bestehenden Form gedrückt, wobei diese durch Induktion beheizt wird. Entgegen dem was bei den bekannten Sintermaschinen der Fall ist, bei denen die Form zwischen einer feststehenden Platte und einer beweglichen Platte gehalten wird, sind bei der erfindungsgemäßen Maschine beide Platten beweglich und dies zu dem Zweck, um eine gleichmäßige Verteilung des Druckes auf die pulverförmigen Materialien 13 zu erreichen. Die diamanthaltigen pulverförmigen Materialien sind in der Tat extrem abrasiv und reiben an der Umgebungswand, so daß sie, wenn sie in der Ring­ kammer komprimiert werden, die Tendenz haben, an den Wänden der Büchse und des Zapfens festzuhalten und sich anzulegen, indem sie auf diese Weise der Vorlaufbewegung der Stempel 11 und 11′ entgegenwirken. Demzufolge ist der Druck bestrebt, einen höheren Wert in der Nähe der Preßstempel anzunehmen und abzunehmen, je weiter man sich entfernt. Wenn man hingegen vorsieht, daß beide Platten beweglich sind, werden die Wirkungen dieses Phänomens halbiert.

Ganz im Gegensatz zu dem, was bei den bekannten Sintermaschinen erfolgt, bei denen der Heizstrom durch die Druckplatten hindurch geführt wird, die gleichzeitig auch als Elektroden wirken, sind bei der erfindungsgemäßen Maschine die Platten und die Elektroden getrennt, und die Wärme wird den pulverförmigen Materialien seitlich durch die Form hindurch zugeführt. Dies gestattet es, eine viel gleichmäßigere Verteilung der Wärme entlang der Höhe des Werkzeuges zu erhalten.

In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, daß die Platte oder Druckplatte 14 (und in analoger Weise die Platte 14′) von einem ölhydraulischen Kolben 16 betätigt wird, der seinerseits an einer Trägerplatte 17 angebracht ist, die sich entlang von zwei Führungen 18 gleitend bewegt und von einem Paar von ölhydraulischen Kolben 19 angetrieben wird. Die Kolben 19 haben einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt, um ein schnelles Vorlaufen der Trägerplatte 17 mit dem Kolben 16 zu ermöglichen, der hingegen einen großen Querschnitt an der Druckseite aufweist. Diese Lösung hat den Zweck, den Hub des Kolbens 16 soweit wie möglich zu begrenzen, um eventuelle Fehler in der Planarität zu minimieren und mit gleicher Kraft auf verschiedene Stempel wirken zu können.

Fig. 6 zeigt die zweite Arbeitsstation, an der die teilweise Abkühlung der Form und das Auswerfen oder Ausstoßen der Zapfen 12 stattfindet. In dieser Figur ist ein ölhydraulischer Kolben bei 20 gezeigt, der an einer Tragplatte 21 angebracht ist, die an einem Paar von Führungen 22 gleitet. Der Kolben 20 bringt eine Platte 23 zur Anlage gegen die Form, welche Platte mit einem hohlen Körper 24 verbunden ist, der am Kolben 20 befestigt ist und der eine Art von Behälter bildet, der die aus den Formen ausgeworfenen oder ausgestoßenen Zapfen 12 aufnimmt. Die Platte 23 ist in solcher Weise ausgebildet, daß sie sich um die Büchsen 11 fügen kann, um die Form zu kühlen. Zu dem oben genannten Zweck weist die Platte 23 eine Mehrzahl von Leitungen oder Kanälen 25 für ein Kühlmedium auf. In der Platte 23 sind außerdem noch Bohrungen 26 vorgesehen, die den Durchtritt der Zapfen 12 gestatten.

An der entgegengesetzten Seite der Form ist ein ähnlicher Kolben 27 an einer Platte 28 angebracht, an der eine Reihe von Zentrier­ stiften 29 und eine Reihe von Auswerferstiften 30 vorgesehen sind, welche letztere den Zapfen 12 in der Form gegenüberliegen.

Die Zentrierstifte 29 haben eine verjüngte Spitze und sind in entsprechende Bohrungen 31 der Form einführbar.

Die Form und der zugehörige Formträger sind nicht an den Trans­ portvorrichtungen befestigt, sondern lediglich auf sie aufgelegt, weswegen sie sich leicht gegenüber diesen bewegen können. Die Zentrierstifte 29 werden demzufolge, wenn sie in die Bohrungen 31 eindringen, die Form und den Formträger leicht verstellen, derart, daß sie diese Teile korrekt positionieren und ein genaues Einführen der Auswerferstife 30 in die Bohrungen 9 ermöglichen, damit die Zapfen 12 extrahiert oder ausgestoßen werden können.

In der Platte 28 sind auch Leitungen 32 eines Kreislaufs für Kühlmedium vorgesehen.

Die Zentrierstifte 29 sind nicht starr an der Platte 28 befestigt, sie können vielmehr gegenüber dieser gegen der Wirkung einer Feder 33 gleiten. Mit den Zentrierstiften 29 ist eine Sensorplatte 34, die einen Sensor 5 trägt, verbunden. Als Sensor kann z. B. ein magnetischer Sensor oder ein Annäherungssensor verwendet werden, der normalerweise gegen die Platte angedrückt bleibt. Wenn eine Form an der hier infrage stehenden Arbeitsstation anlangt, bewirken die Steuerungsvorrichtungen der Maschine, daß der Kolben 20 vorläuft, wobei er die Platte 23 an die Form anlegt, die beginnt abzukühlen. In gleicher Weise veranlaßt auch der Kolben 27 die Platte 28 vorzulaufen und die Zentrierstifte 29, die länger als die Auswerferstifte 30 sind, dringen in die Bohrungen 31 ein, wobei sie die Form exakt ausrichten. Im Falle einer fehlerhaften, irr­ tümlichen Positionierung der Form gehen die Zentrierstifte 29, da sie gegen die Wand der Form anschlagen, zurück mit Bezug auf die Platte 28 und zwar entgegen der von der Feder 33 ausgeübten Kraft. Sie erzeugen infolgedessen die Trennung der Platte 28 vom Sensor 35. Der Sensor schickt dann ein Signal an die Steuerungsvorrichtun­ gen der Maschine, die das weitere Vorlaufen verhindern, um einen Bruch oder sonstige Beschädigungen zu vermeiden. Wenn hingegen die Form korrekt positioniert ist, dringen die Zentrierstifte 29 in die Bohrungen 31 ein und die Platte 28 bewegt sich weiter nach vorn, wobei die Stifte 30 in die Büchsen 11 eindringen und die Zapfen 12 ausstoßen, die in den Behälter 24 hineinfallen. Die Platte 28 geht dann soweit vor, bis sie an der Form anliegt, wobei sie ebenfalls an deren Abkühlung teilnimmt. Wenn diese Phase beendet ist, bewegt sich die Form weiter zur dritten Arbeitsstation, die identisch zur vor­ hergegangenen Arbeitsstation ist mit dem einzigen Unterschied, daß die Auswerferstifte 30 fehlen. An diese Stelle wird die Form nach­ träglich gekühlt, bevor sie zur Maschine zurückgeführt wird.

Ein Fachmann kann sodann zahlreiche Abänderungen und Varianten vor­ sehen, die jedoch alle innerhalb des Umfanges der vorliegenden Er­ findung liegen dürften.

Claims (14)

1. Sintermaschine für die Herstellung von Diamantwerkzeugen mit ringförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (14, 14′) zum Ausüben von Preßdruck in axialer Richtung auf die zu sinternden pulverförmigen Bestandstoffe und weiterhin Mittel (15, 15′) zum Beheizen dieser pulverförmigen Bestand­ stoffe (13) durch Übermittlung der Wärme durch die Seitenwände der Kammer enthält, in der die zu sinternden Bestandstoffe unter­ gebracht sind.

2. Sintermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Formen (8) besitzt, die mindestens eine Bohrung (9) und in dieser eine zylindrische Büchse (10) aufweisen, in deren Innerem ein ringförmiger Preßstempel (11, 11′) und ein in diesem eingesteckter Zapfen (12) vorgesehen ist, und daß die Büchse, der Preßstempel und der Zapfen eine ringförmige Kammer (13) für die zu sinternden pulverförmigen Bestandstoffe bilden.

3. Sintermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine erste Arbeitsstation (4), in der gesin­ tert wird, eine zweite Arbeitsstation (5), in der eine teilweise Abkühlung der Form erfolgt und die Zapfen (12) extrahiert bzw. herausgezogen werden, und eine dritte Arbeitsstation (6) besitzt, in der die endgültige Abkühlung erfolgt.

4. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einspannen und Zusammenpreßen der Formen (8) zwei die Formen zwischen sich enthaltende Platten (14, 14′) vorgesehen sind, die beide beweglich sind.

5. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsstation (4), in der gesintert wird, Druck ausübende Zylinder (16) an einer Druckplatte (17) vorgesehen sind, die an einem Paar von Führungen (23) entlang gleitbar geführt ist und deren Verstellbewegungen von Zylindern (19) kleineren Querschnitts gesteuert werden.

6. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Beheizung dienenden Elektroden (15, 15′) von den das Zusammenpreßen der pulverförmigen Bestandstoffe bewirkende Druckplatten (17) getrennt sind.

7. Sintermaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (15) mit einer Druckplatte (17) für den Kolben (16) verbunden ist, der mit der Druckplatte gegenüber der Elek­ trode (15) verstellbar ist.

8. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zentriermittel (29, 31) besitzt, die zur einwandfreien Zentrierung der Form (8) im Augenblick der Extraktion der Zapfen (12) dienen.

9. Sintermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriermittel (29, 31) als Zentrierstifte (29) mit verjüngter Spitze ausgebildet sind, die in entsprechende Bohrungen (31) der Form (8) einführbar sind.

10. Sintermaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierstifte (29) gleitbar an einer Tragplatte (28) angeordnet sind und unter der Wirkung federnder Mittel (33) stehen, welche die Zentrierstifte (29) in Richtung auf die Form drücken.

11. Sintermaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Zentrierstiften (29) ein Sensor (35) verbunden ist, der eine eventuelle Rückwärtsbewegung der Zentrierstifte (29) gegenüber der Tragplatte (28) feststellen kann, um dann ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtungen der Maschine zu geben.

12. Sintermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenhalteplatte (23) in der Zone der Extraktion der Zapfen (12) derart ausgebildet ist, daß sie einen zur Aufnahme der ausgestoßenen Zapfen (12) dienenden Aufnahmeraum bildet, während die gegenüberliegende Platte (28) mit Auswerfer­ stiften (30) versehen ist, die in die Form einführbar sind, um hierbei die Zapfen in Richtung auf den Aufnahmeraum herauszustoßen.

13. Verfahren zur Herstellung von Diamantwerkzeugen mit ring­ förmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Schritten besteht:

• a) Das Sintern eines Gemisches von diamanthaltigem Pulver und als Bindemittel dienendem Pulver in einer Form, deren Wände durch eine innen zylindrische Büchse, durch einen ringförmigen Preßstempel und durch einen in den Stempel eingesetzten Zapfen bestimmt sind;
• b) das anschließende teilweise Abkühlen mit Ausstoßen der Zapfen (12); und
• c) eine nachfolgende Phase des endgültigen Abkühlens.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmigen Bestandstoffe in axialer Richtung von beiden Seiten bzw. axialen Enden her komprimiert und durch die Seiten­ wände hindurch beheizt werden.