EP1251999B1 - Sintermetallgebundene abrasiv wirkende segmente für werkzeuge - Google Patents

Sintermetallgebundene abrasiv wirkende segmente für werkzeuge Download PDF

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EP1251999B1
EP1251999B1 EP01919259A EP01919259A EP1251999B1 EP 1251999 B1 EP1251999 B1 EP 1251999B1 EP 01919259 A EP01919259 A EP 01919259A EP 01919259 A EP01919259 A EP 01919259A EP 1251999 B1 EP1251999 B1 EP 1251999B1
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EP
European Patent Office
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segment
segments
modules
segment modules
hard material
Prior art date
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EP01919259A
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Jörg WILDENBURG
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Siegfried Goelz GmbH and Co
Original Assignee
Siegfried Goelz GmbH and Co
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B24D99/005—Segments of abrasive wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels
    • B24D5/123—Cut-off wheels having different cutting segments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone

Definitions

  • the invention relates to sintered metal-bonded, abrasive segments containing hard material particles for tools for machining or cutting hard and / or brittle materials with one of the segments Tool carriers, each segment consisting of individual segment modules, whose structure is different, is composed (see e.g. WO-A-9 858 770).
  • Abrasive segments for tools are used for machining or Cutting materials, for example in the form of cutting segments for Drill bits, cutters, chainsaws, saw blades, cut-off wheels, Hollow drills, scraper bars, or in the form of hollow beads for wire saws needed.
  • a cutting tool is already known from EP 0 540 566 B1, in which the individual cutting segments over their length in their structure change monotonously, d. H. the abrasive grain quality and / or the abrasive grain concentration changes monotonously. This can be done by training the Cutting segment from a single piece or through The cutting segment is composed of several parts. in the the latter case then takes z. B. the abrasive grain concentration from part to part viewed monotonously in one direction.
  • the cutting segment according to US 5,518,443 is also made in one piece and has a high manufacturing cost due to the different Hard material concentrations in the different areas.
  • the invention has for its object the variety of required Forming tool segments containing hard material particles, especially very hard like diamonds or cubic boron nitride, in one rational way, and both the manufacture and the Warehousing this way is more economical and the costs to reduce. Another concern is to improve tool performance increase, d. H. to enable an optimal use of the hard material particles, as well as more wear-resistant segments, d. H. with increased lifespan too create.
  • the sintered metal-bonded abrasive segments are constructed from individual segment modules of the same design and the segment modules are manufactured by hot isostatic pressing and the segments in the direction of movement of the segment in the front area starting from the contact edge to the rear area the segment is composed of segment modules with alternating concentrations of hard material particles and / or segment modules with areas alternating perpendicular to the direction of movement of the segment with alternating concentrations of hard material particles.
  • the segment modules can have the same or different shape and the same composition of the sintered metal materials and / or the hard material particles or different compositions of the sintered metal materials and / or the hard material particles both in terms of quality and quantity.
  • the invention describes a modular and graded structure sintered metal bonded abrasive segments for tools for Machining or cutting of materials. This is according to the invention also a sawtooth effect due to the alternating concentrations Hard material particles reached.
  • segment modules are sufficient to a wide variety of different segments in terms of shape and Quality by mixing, combining and arranging the same and / or to generate different segment modules.
  • FIG. 1 shows an example of a diamond tool in the form of a Saw disc shown, with a tool holder W made of metal, the Has circumferentially spaced cooling slots B and. between two each Cooling slots an inserted segment designed as a cutting segment SS has.
  • These segments SS are usually used for saw discs made of sintered metal with embedded hard materials, preferably diamond grains each in one piece, d. H. made in one piece. The production these segments take place in a pressing process, with a green body in Graphite forms are clamped and by means of pressure and temperature is sintered to obtain the segment. According to the required different sizes and qualities - more or Less diamond grain content - on the one hand, there are a correspondingly large number Press molds required and appropriate storage of the individual different segments for different sizes and qualities of Saw blades.
  • An exemplary typical segment for a saw blade is the Dimensions 40 x 3.6 x 7 mm with a radius of 225 mm and will on a 450 mm diameter saw blade disc - tool carrier W - for cutting concrete, natural stone, artificial stone, ceramic and asphalt fixed by soldering or laser welding or direct sintering.
  • d. H Execution of the segments in at least 2 different qualities.
  • At least 33 are common different radii of the saw blade discs, tool carrier. in addition come with at least 4 variants of the segments, namely "without foot, with Base, sandwich type, sloping or protective segment, conical segments, Roof segments, bendable and slotted segments ". This combination of all characteristics results in 1 848 different segments, which can be found in the Reduce practice through non-common combinations. This becomes can see what variety and therefore the need for stocking for the Manufacturers and thus costs arise.
  • the saw blade is in the Shown detail that is modular with the trained according to the invention constructed segments Sm is equipped, each segment Sm from a plurality of segment modules M is composed.
  • Such one typical cutting segment for a saw blade disc according to the invention in any number of small segment modules M, z. B. same Design and size and the possibility of different Composition, e.g. different hard material contents, see Figure 3, subdivided and in this way an additional variety is offered Variation options for assembling and building up segments different size and quality, whereby a strong reduction of the individual to be stored Segment types is achieved. Few basic types of segment modules suffice to mix and match a wide variety of segments and order to generate. It has not yet been possible to produce it new qualities.
  • Each segment module can be characterized by the properties mentioned above characterize as follows: M (F, K, B, Q, V)
  • Segment modules vary as follows: M1 (F1, K1, B1, Q1); M2 (F1, K2, B1, Q1); M3 (F1, K3, B1, Q1) or M4 (F1, K1, B1, Q2) etc.
  • Cubes F1 for example, come as shapes F for the segment modules 4a, elbows F2 according to FIG. 4b, V-shaped pieces F3 4c, C-shaped fittings F4 according to FIG. 4d, fitting fittings F5 according to FIG. 4e, or link pieces F6 according to FIG. 4f or blunt Pie slices according to Figure 4g or rings R according to Figure 8 in question.
  • segment modules of the same shape for example in Shape of a cuboid, see Figure 4, but one different content of expensive hard materials, such as Diamonds contain segments from them, according to FIG. 5, for example to produce as cutting segments for a saw blade whose edge A consists of a segment module M1, see Figure 5, which has a very high Content of hard material, such as diamonds, in contrast to the following segment modules, which alternate with low and somewhat higher hard material particles are enriched, with increasing Digit the content of hard material particles in the segment module decreases.
  • the pattern groupings of a segment Different segment modules depend on the tool and the materials to be machined, the segments can be symmetrical or asymmetrical shape made up of different segment modules be, see e.g. B. segment pattern according to FIG. 6.
  • segments are composed of segment modules, it being in particular it is possible to grade the individual segment modules, d. H. With to equip different quantities and / or qualities of hard materials and from this different qualities according to the requirements of modular segments.
  • Sintered metals such as alloys based on cobalt, copper, tungsten, nickel, Iron, titanium, tin, aluminum and / or silicon used among others.
  • segment modules according to the invention made of sintered metals and hard materials can be produced using hot isostatic pressing - HIP - whereby many segment modules can be produced simultaneously.
  • the Segment modules can then use robots to achieve all of the desired modular segments are put together, taking out very quickly the relatively small number of different segment modules each desired qualities and shapes of segments can be.
  • the modular segments Sm made up of segment modules M can as shown in Figure 7, on its later connection side with the tool carrier can already be equipped with a solder L. About that it is also possible, for example, in the columns between adjacent segment modules M a binder or plastic K, which gives the segment Sm a certain spring property is awarded.
  • segment modules are rings, as in 8 shows the segment module MR in a ring shape.
  • modular hollow beads be constructed as shown in Figure 9. Hollow beads are made for Wire saws needed.
  • the individual segment modules can also be used here differ in their content of hard materials, for example put together, d. H. graded, creating an inexpensive modular Segment in the form of a hollow pearl can be produced.
  • FIG. 11 schematically shows the top view from above Construction of a cutting segment from segment modules in the form of a The contra-angle handpiece M / F2 is shown, which is interlocked form a closed segment.
  • segment modules designed as an elbow Arrange M / F2 so that parts of it, namely an angle arm alternating lateral, d. H. is arranged to the side above, the Central axis or movement axis of the segment Sm is designated by x.
  • This formation of a segment SS is only possible with the help of the module structure and correspondingly designed segment modules according to the invention possible, the laterally protruding parts of the segment modules Have function of cooling fins, whereby the life of the Cutting segment increased and the quality of the cutting effect improved becomes.
  • FIG. 12 shows, for example, the form-fitting arrangement of V-shaped fittings shown as segment modules M / F3 that for example in the direction of movement X in the front area Cutting segment a sharp edge can be formed.
  • 13 is for example the construction of a cutting segment from segment modules in Shape of a fitting M / F4 shown.
  • FIG. 14a shows segment modules which are in the form of a chain link M / F6 are formed to form a cutting segment Sm along its central axis X joined together, the thickened areas also laterally over project the formed segment Sm and thus in turn a cooling effect exhibit.
  • FIG. 14b shows how this cooling effect is caused by a accordingly inclined arrangement of the segment modules M / F6 can be enlarged.
  • Another way of training cutting segments in Modular structure by means of segment modules with cooling effect can in that the individual segment modules M in their arrangement within the segment from the central axis Y to the sides can be arranged alternately dumped, either for example in the arrangement shown in Figure 15 or in that of Figure also as cooling fins. Furthermore, this is also a Self-sharpening effect achieved for the Sm segment.
  • segment modules are graded in themselves, d.
  • the cuboid segment module M / V has a vertical grading with five areas, three areas V1 with a predetermined Concentration of hard material particles and the areas in between V0 with a lower concentration, possibly up to 0 hard materials are executed.
  • Cutting segments allow adjustment in the radial direction typical cutting behavior of cutting tools. A saw blade, see FIG. 2, that with segments Sm from segment modules M / V according to FIG. 17 is sawn from the beginning to the end always with the same force fast.
  • the alternating concentration of hard material particles in segment modules within a segment for example in the sequences M1, M2, M1, M2, M1, M2 ... or M1, M2, M3, M1, M2, M3, M1, M2, M3 ... enables a sawtooth effect.
  • the segments from segment modules that the contain different concentrations of a hard material have in A first segment module considers the direction of movement of the segment M1 with maximum concentration of hard materials, the one Segment module M2 with minimal concentration of hard materials and then again a segment module M3 or M1 with higher than that minimum concentration up to maximum concentration Hard materials follows, and further segment modules alternate in analog Sequence.
  • connection of the segments with the tool carrier can be done on the one hand done in a known manner by means of wettable solders, which also by Penetrating the gaps between the segment modules close them.

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Description

Die Erfindung betrifft sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente enthaltend Hartstoffteilchen für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen harter und/oder spröder Werkstoffe mit einem die Segmente aufnehmenden Werkzeugträger, wobei jedes Segment aus einzelnen Segmentmodulen, deren Aufbau verschieden ist, zusammengesetzt ist, (siehe z.B. WO-A-9 858 770).
Abrasiv ausgebildete Segmente für Werkzeuge werden zum Bearbeiten oder Trennen von Werkstoffen beispielsweise in Form von Schneidsegmenten für Bohrkronen, Fräser, Kettensägen, Sägeblätter, Trennschleifscheiben, Hohlbohrer, Hohnleisten, oder in Form von Hohlperlen für Seilsägen benötigt.
Zum Stand der Technik wird nur beispielhaft auf die DE 196 50 480 A1, EP 0 857 552 A2, DE 44 24 093 A1, US 5,868,885 und US 5,518,443 verwiesen. Die Werkzeuge bzw. Segmente für die Werkzeuge werden überwiegend unter Einsatz von Diamanten als Hartstoff hergestellt und sind entsprechend teuer.
In der Werkzeugtechnik zum Herstellen von Diamantwerkzeugen aller Formen und Anwendungsgebieten herrscht bei den Herstellern dieser Werkzeuge eine endlose Vielzahl an Designs und Produktionswerkzeugen für diese Designs, d. h. die verschiedenen Segmente und Segmentgrößen für die ganz unterschiedlichen Werkzeuge. Die Folge ist ein recht hoher Produktions- und Lagerhaltungsaufwand, um beispielsweise bei Diamantsägeblättern, Schneidsegmente mit allen gewünschten Radien und Verschleißhärten bereitzuhalten. Die erforderlichen Produktionswerkzeuge sind meist teuer und wegen ihres komplizierten Aufbaus auch empfindlich. Hersteller von Diamantwerkzeugen sehen sich oft speziellen Kundenwünschen gegenüber nicht schnell genug in der Lage, das gewünschte Werkzeug ausliefern oder überhaupt herstellen zu können. Dies betrifft Diamantwerkzeuge für alle Sparten der Industrie, vom professionellen "High-End-Werkzeug" bis hin zum Supermarktartikel. Immer werden jedoch höchste Ansprüche an die Sicherheit und Performance des Werkzeuges gestellt.
Aus der EP 0 540 566 B1 ist bereits ein Schneidwerkzeug bekannt, bei dem sich die einzelnen Schneidsegmente über ihre Länge in ihrem Aufbau monoton ändern, d. h. die Schleifkornqualität und/oder die Schleifkornkonzentration verändert sich monoton. Dies kann durch Ausbildung des Schneidsegmentes aus einem einzigen Stück oder auch durch Zusammensetzen des Schneidsegmentes aus mehreren Teilen erfolgen. Im letzteren Fall nimmt dann z. B. die Schleifkornkonzentration von Teil zu Teil in einer Richtung betrachtet monoton ab.
Auch das Schneidsegment gemäß US 5,518,443 ist einstückig gefertigt und weist einen hohen Fertigungsaufwand infolge der unterschiedlichen Hartstoffkonzentrationen in den verschiedenen Bereichen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielfalt der erforderlichen Formen von Werkzeug-Segmenten enthaltend Hartstoffteilchen, insbesondere sehr harte wie Diamanten oder kubisches Bornitrid, in einer rationellen Weise zu ermöglichen, und sowohl die Herstellung als auch die Lagerhaltung auf diese Weise wirtschaftlicher zu gestalten und die Kosten zu reduzieren. Ein weiteres Anliegen ist es, die Werkzeugperformance zu steigern, d. h. einen optimalen Einsatz der Hartstoffteilchen zu ermöglichen, sowie Segmente verschleißfester, d. h. mit erhöhter Lebensdauer zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, daß die sintermetallgebundenen abrasiv wirkenden Segmente aus einzelnen Segmentmodulen gleicher Bauform aufgebaut sind und die Segmentmodule durch heißisostatisches Pressen gefertigt sind und die Segmente in Bewegungsrichtung des Segmentes im vorderen Bereich von der Angriffskante ausgehend bis zum hinteren Bereich des Segmentes aus Segmentmodulen mit alternierenden Konzentrationen an Hartstoffteilchen und/oder Segmentmodulen mit senkrecht zur Bewegungsrichtung des Segmentes abwechselnden Bereichen mit alternierenden Konzentrationen an Hartstoffteilchen aufgebaut sind. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung können die Segmentmodule gleiche oder unterschiedliche Form und gleiche Zusammensetzung der Sintermetallwerkstoffe und/oder der Hartstoffteilchen bzw. unterschiedliche Zusammensetzung der Sintermetallwerkstoffe und/oder der Hartstoffteilchen sowohl in qualitativer als auch quantitativer Hinsicht aufweisen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Prinzips ist eine Vereinfachung der Geometrie, indem durch eine Modulbauweise eine drastisch reduzierte Lagerhaltungsnotwendigkeit, eine Erhöhung der Werkzeugqualität und -haltbarkeit sowie nahezu unendliche Möglichkeit des Produktdesigns ermöglicht werden.
Die Erfindung beschreibt erstmals modular und gradiert aufgebaute sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen von Werkstoffen. Hierbei wird erfindungsgemäß auch ein Sägezahneffekt durch die alternierenden Konzentrationen an Hartstoffteilchen erreicht.
Erfindungsgemäß genügen wenige Grundtypen von Segmentmodulen, um eine große Vielfalt von unterschiedlichen Segmenten in bezug auf Form und Qualität durch Mischen, Kombinieren und Anordnen gleicher und/oder verschiedener Segmentmodule zu erzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
einen Ausschnitt aus einer Sägeblattscheibe mit eingesetzten Schneid-Segmenten gemäß Stand der Technik,
Figur 2
Ausschnitt aus einem Sägeblatt mit Schneid-Segmenten in modularer Bauform,
Figur 3
ein Segment in Modulbauform,
Figur 4a-g
verschiedene Formen von Segmehtmodulen,
Figur 5 und 6
verschiedene Anordnungen von Segmentmodulen zu einem Segment,
Figur 7
ein Schneid-Segment in Modulbauform in federnder Ausführung,
Figur 8
ein Segmentmodul in Ringform,
Figur 9
einen Querschnitt durch ein Segment in Form einer Hohlperle in Modulbauform aus Segmentmodulen in Form von Ringen,
Figur 10 bis 13, 14a und b
Bildung von Segmenten aus Segmentmodulen verschiedener Formen,
Figur 15 und 16
unterschiedliche Anordnung von Segmentmodulen in einem Segment,
Figur 17
vertikal gradiertes Segmentmodul.
In der Figur 1 ist beispielhaft ein Diamantwerkzeug in Form einer Sägescheibe dargestellt, mit einem Werkzeugträger W aus Metall, der am Umfang beabstandet Kühlschlitze B aufweist und. jeweils zwischen zwei Kühlschlitzen ein eingesetztes, als Schneidsegment ausgebildetes Segment SS aufweist. Diese Segmente SS für Sägescheiben werden üblicherweise aus Sintermetall mit eingebetteten Hartstoffen, vorzugsweise Diamantkörnern jeweils einstückig, d. h. in einem Stück hergestellt. Die Herstellung dieser Segmente erfolgt in einem Preßvorgang, wobei ein Grünkörper in Graphitformen eingespannt wird und mittels Druck und Temperatur gesintert wird, um das Segment zu erhalten. Entsprechend den erforderlichen unterschiedlichen Größen und Qualitäten - mehr oder weniger Gehalt an Diamantkörnern - sind einerseits entsprechend viele Preßformen erforderlich und entsprechende Lagerhaltung der einzelnen unterschiedlichen Segmente für verschiedene Baugrößen und Qualitäten von Sägeblättern.
Das Herstellen der Segmente mit aufwendigen Mischverfahren und mehrmaligen Preß- und Sintervorgängen erfordert einen kostenintensiven, apparativen Aufwand. Die Hersteller solcher Segmente, beispielsweise Schneidsegmente für Sägeblätter oder für Hohlbohrer halten ständig mehrere hundert Typen solcher Segmente auf Lager. Nur so kann schnell auf Kundenaufträge reagiert werden. Die Typen unterscheiden sich durch die Anpassung an verschiedene Werkstoffe, die zu bearbeiten sind, und durch verschiedene Größenklassen der Werkzeuge. Wichtig sind Art und Zusammensetzung der metallischen Sintermatrix, die variieren kann, Gehalt und Verteilung der Hartstoffe, wie Diamantkörner, sowie die geometrischen Maße der Segmente. Diese Faktoren multiplizieren sich in der Praxis.
Ein beispielhaftes typisches Segment für ein Sägeblatt hat die Abmessungen 40 x 3.6 x 7 mm mit einem Radius von 225 mm und wird auf einer 450 mm Durchmesser Sägeblattscheibe - Werkzeugträger W - zum Schneiden von Beton, Naturstein, Kunststein, Keramik und Asphalt durch Löten oder Laserschweißen oder Direktsintern befestigt. Nur für diese eine Größe eines Sägeblattes gibt es mindestens 4 verschiedene Zusammensetzungstypen, d. h. Ausführungen der Segmente in mindestens 2 verschiedenen Qualitäten. Gängig sind mindestens jedoch 33 verschiedene Radien der Sägeblattscheiben, Werkzeugträger. Hinzu kommen mindestens 4 Varianten der Segmente, nämlich "ohne Fuß, mit Fuß, Sandwich-Typ, Schräg- oder Schutzsegment, konische Segmente, Dachsegmente, biegbare und geschlitzte Segmente". Diese Kombination aller Merkmale ergibt 1 848 unterschiedliche Segmente, die sich in der Praxis durch nicht gängige Kombinationen reduzieren. Hieraus wird ersichtlich, welche Vielfalt und damit Bevorratungsnotwendigkeit für den Hersteller und damit Kosten entstehen.
Hier setzt nun die Erfindung ein. In der Figur 2 ist das Sägeblatt im Ausschnitt dargestellt, das mit den erfindungsgemäß ausgebildeten modular aufgebauten Segmenten Sm ausgestattet ist, wobei jedes Segment Sm aus einer Vielzahl von Segmentmodulen M zusammengesetzt ist. Ein solches typisches marktgängiges Schneid-Segment für eine Sägeblattscheibe wird erfindungsgemäß in beliebig viele kleine Segmentmodule M, z. B. gleicher Bauform und Baugröße und der Möglichkeit unterschiedlicher Zusammensetzung, z.B. unterschiedlicher Hartstoffgehalte, siehe Figur 3, unterteilt und auf diese Weise wird eine zusätzliche Vielfalt an Variationsmöglichkeiten zum Zusammensetzen und Aufbau von Segmenten unterschiedlicher Baugröße und unterschiedlicher Qualität geschaffen, wodurch eine starke Reduktion der einzelnen zu bevorratenden Segmenttypen erreicht wird. Wenige Grundtypen an Segmentmodulen genügen, um eine große Vielfalt an Segmenten durch Mischen, Kombinieren und Anordnen zu erzeugen. Es ergeben sich sogar bisher nicht erzeugbar neue Qualitäten.
Viele Variablen sind denkbar:
  • verschiedene Formen von Segmentmodulen mit F1, F2, F3 usw. gekennzeichnet,
  • Segmentmodule mit unterschiedlichen metallischen Bindungen, d. h. mit Sintermetallen in bezug auf Qualität und/oder Quantität mit B1, B2, B3 usw. gekennzeichnet,
  • Segmentmodule mit unterschiedlichen Konzentrationen an Hartstoffen von 0 bis 100 Gew.-% mit K1, K2, K3 usw. gekennzeichnet,
  • Segmentmodule mit unterschiedlichen Hartstoffen in bezug auf Qualität mit Q1, Q2, Q3 usw. gekennzeichnet,
  • Segmentmodule analoger Bauform jedoch unterschiedlicher Größe, um auch Höhengruppierungen für einen Sägezahneffekt zu realisieren, mit F' gekennzeichnet,
  • Segmentmodule mit vertikaler Gradierung in bezug auf die Bewegungsachse des Segmentes V,
  • verschiedene Mustergruppierungen gleicher und unterschiedlicher Segmentmodule in einem modularen Segment,
  • Segmentmodule gleicher Form und gleicher Zusammensetzung.
Jedes Segmentmodul läßt sich durch die vorgenannten Eigenschaften wie folgt charakterisieren: M (F, K, B, Q, V)
Hieraus lassen sich durch Variation der einzelnen Parameter beispielsweise Segmentmodule wie folgt variieren: M1 (F1, K1, B1, Q1); M2 (F1, K2, B1, Q1); M3 (F1, K3, B1, Q1) oder M4 (F1, K1, B1, Q2) usw.
Als Formen F für die Segmentmodule kommen beispielsweise Quader F1 gemäß Figur 4a, Winkelstücke F2 gemäß Figur 4b, V-förmige Stücke F3 gemäß Figur 4c, C-förmige Formstücke F4 gemäß Figur 4d, Paß-Formstücke F5 gemäß Figur 4e, oder Gliederstücke F6 gemäß Figur 4f oder stumpfe Tortenstücke gemäß Figur 4g oder Ringe R gemäß Figur 8 in Frage.
Beispielsweise können Segmentmodule gleicher Form, beispielsweise in Form eines Quaders, siehe Figur 4, hergestellt werden, die jedoch einen unterschiedlichen Gehalt an teuren Hartstoffen, wie beispielsweise Diamanten enthalten, um hieraus Segmente, gemäß Figur 5, beispielsweise als Schneidsegmente für ein Sägeblatt herzustellen, deren Angriffkante A aus einem Segmentmodul M1, siehe Figur 5, besteht, das einen sehr hohen Gehalt an Hartstoff, wie beispielsweise Diamanten enthält, im Gegensatz zu den nachfolgenden Segmentmodulen, die abwechselnd mit niedrigen und etwas höheren Hartstoffteilchen angereichert sind, wobei mit steigender Ziffer der Gehalt an Hartstoffteilchen in dem Segmentmodul abnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, ein kostengünstiges Segment aus Segmentmodulen unter Optimierung des Einsatzes von Hartstoffen herzustellen. Die Mustergruppierungen eines Segmentes aus unterschiedlichen Segmentmodulen richten sich nach dem Werkzeug und den zu bearbeitenden Materialien, die Segmente können in symmetrischer oder asymmetrischer Form aus verschiedenen Segmentmodulen aufgebaut werden, siehe z. B. Segmentmuster nach Figur 6.
Es ist erfindungsgemäß möglich, die Segmentmodule zu miniaturisieren und Segmentmodule herzustellen, die nur eine sehr geringe Dicke bis zur Foliendicke hin aufweisen.
Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß die Segmente aus Segmentmodulen zusammengesetzt sind, wobei es insbesondere möglich ist, die einzelnen Segmentmodule zu gradieren, d. h. mit unterschiedlichen Mengen und/oder Qualitäten an Hartstoffen auszustatten und hieraus entsprechend den Anforderungen unterschiedliche Qualitäten von modular aufgebauten Segmenten herzustellen.
Als Werkstoffe für die metallische Bindung der Segmentmodule werden Sintermetalle wie Legierungen auf Basis Kobalt, Kupfer, Wolfram, Nickel, Eisen, Titan, Zinn, Aluminium und/oder Silicium unter anderem eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Segmentmodule aus Sintermetallen und Hartstoffen können mittels heißisostatischem Pressen - HIP - hergestellt werden, wobei viele Segmentmodule gleichzeitig produzierbar sind. Die Segmentmodule können dann mit Robotern zu allen gewünschten modularen Segmenten zusammengesetzt werden, wobei sehr schnell aus der relativ geringen Anzahl von verschiedenen Segmentmodulen die jeweils gewünschten Qualitäten und Formen von Segmenten zusammengesetzt werden können.
Die modular aufgebauten Segmente Sm aus Segmentmodulen M können, wie in der Figur 7 dargestellt ist, auf ihrer späteren Verbindungsseite mit dem Werkzeugträger bereits mit einem Lot L ausgerüstet werden. Darüber hinaus ist es möglich, beispielsweise in den Spalten zwischen aneinandergrenzenden Segmentmodulen M ein Bindemittel oder Kunststoff K einzubringen, wodurch dem Segment Sm eine gewisse Federeigenschaft verliehen wird.
Ein weiteres Beispiel für die Form von Segmentmodulen sind Ringe, wie in der Figur 8 das Segmentmodul MR in Ringform dargestellt ist. Aus solchen Segmentmodulen in Ringform können beispielsweise Hohlperlen modular aufgebaut werden, wie in der Figur 9 dargestellt. Hohlperlen werden für Seilsägen benötigt. Auch hier ist es möglich, die einzelnen Segmentmodule unterschiedlich in ihrem Gehalt beispielsweise an Hartstoffen zusammenzusetzen, d. h. gradiert, wodurch ein kostengünstiges modulares Segment in Form einer Hohlperle herstellbar ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Modulbauweise von Schneidsegmenten für Werkzeuge aus einzelnen unterschiedlich aufgebauten Segmentmodulen ermöglicht, mit wenigen Grundtypen an Segmentmodulen eine große Vielfalt von Segmenten unterschiedlicher Eigenschaften durch Mischen, Kombinieren und Anordnen zu erzeugen. Es ergeben sich sogar bisher nicht erzeugbare neue Werkzeuge. Die Modulbauweise ermöglicht des weiteren einen weiteren Freiheitsgrad, nämlich innerhalb eines Segmentes auch die laterale Versetzung von Segmentmodulen, die seitliche Versetzung der Segmentmodule aus der Längsachse oder Bewegungsachse des Segmentes, und zwar ebenfalls abwechselnd zur einen oder anderen Seite hin. In der Figur 11 ist schematisch in der Draufsicht von oben der Aufbau eines Schneidsegmentes aus Segmentmodulen in Form eines Winkelstückes M/F2 dargestellt, die ineinandergesteckt formschlüssig ein geschlossenes Segment bilden. Ebenso ist es jedoch möglich, wie in der Figur 10 dargestellt, die als Winkelstück ausgebildeten Segmentmodule M/F2 so anzuordnen, daß Teile davon, nämlich hier ein Winkelarm abwechselnd lateral, d. h. zur Seite vorstehend angeordnet ist, wobei die Mittelachse oder Bewegungsachse des Segmentes Sm mit x bezeichnet ist. Diese Ausbildung eines Segmentes SS ist nur mit Hilfe des Modulaufbaus und entsprechend gestalteter Segmentmodule gemäß der Erfindung möglich, wobei die seitlich vorstehenden Teile der Segmentmodule die Funktion von Kühlrippen haben, wodurch die Lebensdauer des Schneidsegmentes erhöht und die Qualität des Schneideffektes verbessert wird.
In der Figur 12 ist beispielsweise die formschlüssige Anordnung von V-förmigen Formstücken als Segmentmodule M/F3 dargestellt, die beispielsweise in Bewegungsrichtung X im vorderen Bereich am Schneidsegment eine scharfe Kante ausbildbar ist. In der Figur 13 ist beispielsweise der Aufbau eines Schneidsegmentes aus Segmentmodulen in Form eines Formstückes M/F4 dargestellt.
In der Figur 14a sind Segmentmodule, die in Form eines Kettengliedes M/F6 ausgebildet sind, zu einem Schneidsegment Sm längs ihrer Mittelachse X zusammengefügt, wobei die verdickten Bereiche z ebenfalls seitlich über das gebildete Segment Sm vorstehen und damit wiederum einen Kühleffekt aufweisen. In der Figur 14b ist dargestellt, wie dieser Kühleffekt durch eine entsprechend schräg gestellte Anordnung der Segmentmodule M/F6 vergrößert werden kann.
Um immer die gleiche Schnittkraft zu erreichen innerhalb eines Segmentmodules, kann in dem Bereich, in dem der Querschnitt kleiner ist, ein höherer Prozentsatz an Hartstoffen vorhanden sein als in den Bereichen größeren Querschnittes. So wird auch erreicht, daß ein gleichmäßiger Verschleiß erfolgt. Eine solche Ausbildung kann mit einem Segmentmodul M/F7 gemäß Figur 4g erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung von Schneidsegmenten im Modulartigen Aufbau mittels Hilfe von Segmentmodulen mit Kühleffekt kann dadurch erfolgen, daß die einzelnen Segmentmodule M in ihrer Anordnung innerhalb des Segmentes aus der Mittelachse Y nach den Seiten abwechselnd ausgekippt angeordnet werden, entweder beispielsweise in der dargestellten Anordnung nach Figur 15 oder in derjenigen nach Figur ebenfalls als Kühlrippen. Des weiteren wird hiermit auch ein Selbstschärfeeffekt für das Segment Sm erreicht.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit der Gradierung des Segmentes mit Hilfe von Segmentmodulen kann dadurch geschehen, daß die einzelnen Segmentmodule in sich gradiert sind, d. h. Bereiche unterschiedlicher Konzentrationen von Hartstoffen aufweisen, und zwar senkrecht y zur Bewegungsrichtung x, wie beispielhaft aus Figur 17 ersichtlich. Das quaderförmige Segmentmodul M/V weist eine vertikale Gradierung auf mit fünf Bereichen, wobei drei Bereiche V1 mit einer vorgegebenen Konzentration an Hartstoffteilchen und die dazwischen liegenden Bereiche V0 mit einer geringeren Konzentration, gegebenenfalls bis 0 an Hartstoffen ausgeführt sind. Aus vertikal gradierten Segmentmodulen aufgebaute Schneidsegmente ermöglichen in radialer Richtung die Anpassung an typisches Schneidverhalten von Schneidwerkzeugen. Ein Sägeblatt, siehe Figur 2, das mit Segmenten Sm aus Segmentmodulen M/V gemäß Figur 17 aufgebaut ist, sägt von Anfang bis Ende immer gleichmäßig stark und schnell.
Weitere Möglichkeiten der Anpassung von Schneidsegmenten mit modulartigem Aufbau an Verschleißverhalten und Schneideigenschaften werden dadurch ermöglicht, daß die Sintermetallmatrix der einzelnen Segmentmodule eines Schneidsegmentes unterschiedlich aufgebaut sein kann. Auch die Korngröße der Hartstoffteilchen ebenso wie die Qualität der Hartstoffteilchen, nämlich außer Diamant auch andere Hartstoffteilchen einzusetzen und zu verändern, ermöglicht, Schneidsegmente gezielt anzupassen.
Die alternierende Konzentration von Hartstoffteilchen bei Segmentmodulen innerhalb eines Segmentes, beispielsweise in den Folgen M1, M2, M1, M2, M1, M2... oder M1, M2, M3, M1, M2, M3, M1, M2, M3... ermöglicht einen Sägezahneffekt. Die Segmente aus Segmentmodulen, die die verschiedenen Konzentrationen eines Hartstoffes enthalten, weisen in Bewegungsrichtung des Segmentes betrachtet ein erstes Segmentmodul M1 mit maximaler Konzentration an Hartstoffen auf, dem ein Segmentmodul M2 mit minimaler Konzentration an Hartstoffen und anschließend wiederum ein Segmentmodul M3 oder M1 mit höherer als der minimalen Konzentration bis höchstens zur maximalen Konzentration an Hartstoffen folgt auf, und weitere Segmentmodule in analoger alternierender Reihenfolge.
Als nichtmetallische Hartstoffe kommen insbesondere synthetische oder natürliche Diamanten, Borcarbid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und/oder kubisches Bornitrid in Frage.
Beim Aufbau der Segmente aus Segmentmodulen kann der zwischen den zu einem Segment zusammengesetzten Segmentmodulen verbleibende Spalt mit einem Bindemittel oder Kunststoff angefüllt werden. Hierdurch ist es insbesondere bei Einsatz von elastomeren Kunststoffen möglich, den Segmenten Federeigenschaften zu verleihen.
Das Verbinden der Segmente mit dem Werkzeugträger kann zum einen in bekannter Weise mittels benetzbarer Lote erfolgen, die auch durch Eindringen in die Spalte zwischen den Segmentmodulen diese verschließen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Segment mit dem metallischen Werkzeugträger sowie die Segmentmodule untereinander mittels Widerstandsheizung oder Laserstrahl zu verschweißen, wobei insbesondere im Bereich der aneinandergrenzenden Segmentmodule eine Art Punktschweißung erreicht wird.
Die laterale Verkippung der Segmentmodule, wie beispielsweise in den Figuren 15 und 16 dargestellt, um wenige Minuten oder Grade hat darüber hinaus auch einen Selbstschärfeeffekt des Schneidsegmentes zur Folge.

Claims (17)

  1. Sintermetallgebundene abrasiv wirkende Segmente enthaltend Hartstoffteitchen für Werkzeuge zum Bearbeiten oder Trennen harter und/oder spröder Werkstoffe mit einem die Segmente aufnehmenden Werkzeugträger, wobei jedes Segment aus einzelnen Segmentmodulen, deren Aufbau verschieden ist, zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen gleicher Bauform aufgebaut sind und die Segmentmodule durch heißisostatisches Pressen gefertigt sind und die Segmente in Bewegungsrichtung des Segmentes im vorderen Bereich von der Angriffskante ausgehend bis zum hinteren Bereich des Segmentes aus Segmentmodulen mit alternierenden Konzentrationen an Hartstoffteilchen und/oder Segmentmodulen mit senkrecht zur Bewegungsrichtung des Segmentes abwechselnden Bereichen mit alternierenden Konzentrationen an Hartstoffteilchen aufgebaut sind.
  2. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen gleicher Zusammensetzung der Sintermetalte aufgebaut sind.
  3. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen gleicher Zusammensetzung der Hartstoffteilchen aufgebaut sind.
  4. Segmente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen unterschiedlicher Zusammensetzung der Sintermetallwerkstoffe und/oder der Hartstoffteilchen aufgebaut sind.
  5. Segmente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen, die verschiedene Sintermetalle bzw. unterschiedliche quantitative Zusammensetzung der Sintermetalle als metallische Bindungen enthalten, zusammengesetzt sind.
  6. Segmente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen, die verschiedene Konzentrationen eines Hartstoffes enthalten, zusammengesetzt sind, wobei in Bewegungsrichtung des Segmentes betrachtet einem ersten Segmentmodul mit maximaler Konzentration an Hartstoffen ein Segmentmodul mit minimaler Konzentration, an Hartstoffen und anschließend wiederum ein Segmentmodul mit höherer als der minimalen Konzentration bis höchstens zur maximalen Konzentration an Hartstoffen folgt und weitere Segmentmodule in analoger altemierender Reihenfolge folgen, wodurch ein Segment mit Sägezahneffekt gebildet ist.
  7. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Segmentmodule eines Segmentes 0 bis 100 Gew.-% Hartstoffteilchen enthalten.
  8. Segmente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen zusammengesetzt sind, die verschiedene Sintermetalle oder unterschiedliche quantitative Zusammensetzung der Sintermetalle als metallische Bindungen enthalten und die verschiedene Konzentrationen eines Hartstoffes enthalten, zusammengesetzt sind.
  9. Segmente nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen gleicher Form und unterschiedlicher Zusammensetzung der Sintermetalle und/oder der Hartstoffteilchen in qualitativer und/oder quantitativer Hinsicht aufgebaut sind.
  10. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentmodule die Form eines Quaders aufweisen.
  11. Segmente nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente aus Segmentmodulen in Quaderform mit unterschiedlicher Höhe der Quader unter Ausbildung eines Sägezahneffektes zusammengesetzt sind.
  12. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Segmente in Form von Hohlperlen aus Segmentmodulen in Ringform gebildet sind.
  13. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentmodule in Winkelform (F2), V-Form (F3), Paß-Formstück (F4) oder Gliederkettenform (F6) ausgebildet sind.
  14. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentmodule eines Segmentes in bezug auf die Bewegungsrichtung des Segmentes abwechselnd nach jeder Seite aus der Mittelachse ausgelenkt oder gekippt unter Ausbildung von Kühlrippen angeordnet sind.
  15. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentmodule mit nur einer Symmetrieachse in dem Segment abwechselnd spiegelbildlich angeordnet sind, so daß in Bewegungsrichtung und Mittelachse des Segmentes betrachtet, abwechselnd auf jeder Seite ein Teil des Segmentmoduls als Kühlrippe vorsteht.
  16. Segmente nach einem der Ansprüche 1, bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den zu einem Segment zusammengesetzten Segmentmodulen verbleibenden Spalte mit einem Bindemittel oder Kunststoff angefüllt sind.
  17. Segmente nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente mit dem Werkzeugträger sowie die Segmentmodule untereinander mittels Widerstandsheizung oder Laserstrahl verschweißt sind.
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