EP3698921B1

EP3698921B1 - Werkzeug mit grundkörper und einem daran angeordneten hartstoffbelag sowie ein verfahren zum herstellen eines werkzeugs

Info

Publication number: EP3698921B1
Application number: EP19159174.2A
Authority: EP
Inventors: Reiner Oehlmann; Jens SCHRÖDER
Original assignee: Rot Reiner Oehlmann Tools GmbH
Current assignee: Rot Reiner Oehlmann Tools GmbH
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2024-04-03
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: EP3698921A1; EP3698921C0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, beispielsweise eine Planschleifscheibe oder eine Umfangsschleifscheibe, mit einem Grundkörper und einem daran angeordneten Hartstoffbelag gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs, , wie einer Planschleifscheibe oder einer Umfangsschleifscheibe, mit einem Grundkörper und einem daran geordneten Hartstoffbelag gemäß Anspruch 11.

Stand der Technik

Werkzeuge mit Hartstoffbelägen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. So werden insbesondere Schleifwerkzeuge üblicherweise mit einem Material beschichtet, das härter ist als der eigentliche Grundkörper. Ist der Grundkörper beispielsweise aus Stahl, ist es bekannt, Hartstoffbeläge mit Diamanten oder Ähnlichem zu verwenden, um diesen Grundkörper zu beschichten und damit auch zum Abschleifen oder anderweitigen Bearbeiten von Objekten, die härter als das Material sind, aus dem der Grundkörper besteht, zu ermöglichen. Dabei ist das Aufbringen und das Verbinden des Hartstoffbelags mit dem Grundkörper üblicherweise eine große Herausforderung.
Aus der DE 69833314 T2 ist es unter anderem bekannt, ein Schleifwerkzeug mit einem Matrixträgermaterial herzustellen, das zum Halten von Diamantteilchen, die als Hartstoffbelag bzw. Schleifmittel verwendet werden, ausgebildet ist. Die Diamantteilchen werden in einem vorbestimmten Muster in das Matrixträgerelement angeordnet und durch eine Legierung fixiert. Aus diesem Dokument ist es ebenfalls bekannt, mehrere Schichten solcher in Matrizen angeordneten Hartstoffelemente vorzusehen.
Zwar erlaubt dies das Herstellen von auch vergleichsweise dicken Hartstoffbelägen. Jedoch weisen diese Hartstoffbeläge aufgrund der schichtweisen Struktur eine Reihe von Schwachstellen auf, da die Verbindung zwischen den einzelnen Schichten üblicherweise nicht dieselbe Stabilität aufweist, wie die Verbindung der Diamantsplitter in den einzelnen Schichten. Ferner ist die Herstellung der Matrizen und Einlassung der Diamantsplitter aufwändig und kostenintensiv.
Aus der WO 2009/013716 A2 ist eine eine Planschleifscheibe bekannt, mit einem Grundkörper und einem daran angeordneten Hartstoffbelag, wobei der Hartstoffbelag zumindest in einem Bereich eine Vielzahl in einer Schicht angeordneter Hartstoffelemente umfasst, wobei die Schicht eine Schichtdicke aufweist, die einem Bruchteil des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente entspricht und wobei die Hartstoffelemente mittels eines Lots in der Schicht gehalten werden und die Hartstoffelemente entlang der Schichtdicke verteilt sind. Auch aus der WO 2009/013716 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Planschleifscheibe bekannt, mit einem Grundkörper und einem daran angeordneten Hartstoffbelag, wobei für den Hartstoffbelag zumindest in einem Bereich eine Vielzahl von Hartstoffelementen in einer Schicht angeordnet werden, wobei die Schicht eine Schichtdicke aufweist, die einem Bruchteil des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente entspricht und wobei die Hartstoffelemente mittels eines Lots in der Schicht angeordnet und miteinander verbunden werden und die Hartstoffelemente entlang der Schichtdicke verteilt sind und wobei der Hartstoffbelag mit dem Grundkörper zum Herstellen der Planschleifscheibe verbunden wird.

Aufgabe

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik besteht die zu lösende technische Aufgabe somit darin, ein Werkzeug, wie eine Planschleifscheibe oder eine Umfangsschleifscheibe, sowie ein Verfahren zum Herstellen dieses Werkzeugs anzugeben, das ein zuverlässiges Aufbringen eines Hartstoffbelags mit hoher Haltbarkeit ermöglicht.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Werkzeug gemäß Anspruch 1 und das Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugs gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Das erfindungsgemäße Werkzeug, beispielsweise eine Planschleifscheibe oder eine Umfangsschleifscheibe, umfasst einen Grundkörper und einen daran angeordneten Hartstoffbelag, wobei der Hartstoffbelag zumindest in einem Bereich eine Vielzahl in einer Schicht angeordneter Hartstoffelemente umfasst, wobei die Schicht eine Schichtdicke aufweist, die einem Vielfachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente entspricht und wobei die Hartstoffelemente mittels eines Lots in der Schicht gehalten werden und die Hartstoffelemente zufällig entlang der Schichtdicke verteilt sind.
Die Schichtdicke ist dabei als die größte Abmessung des Bereichs zu verstehen, die sich (senkrecht) vom Grundkörper weg erstreckt. Die Größe des Bereichs gemessen ausgehend vom Grundkörper senkrecht nach oben kann dabei auch entlang des Bereichs variieren. So kann ein Teil des Bereichs eine Größe aufweisen, die kleiner als die erwähnte Schichtdicke ist. Die Schichtdicke beträgt erfindungsgemäß wenigstens das Zweifache des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente. Dabei ist der mittlere Durchmesser der Hartstoffelemente ein Durchschnittswert, der sich aus der Ermittlung aller Abmessungen einer Vielzahl von Hartstoffelementen ergibt. Da diese üblicherweise unterschiedlich groß sind (beispielsweise im Bereich von Fertigungstoleranzen oder aufgrund der Herstellung von Splittern nicht identisch groß sind oder identische Form aufweisen), muss dieser Mittelwert nicht der tatsächlichen Größe eines der tatsächlich verwendeten Hartstoffelemente entsprechen.
Unter dem Begriff der Hartstoffelemente werden beispielsweise Diamanten oder aus kubischem Bornitrid (cBN) bestehende Elemente umfasst. In der folgenden Beschreibung wir beispielhaft nur auf Hartstoffelemente oder Diamanten Bezug genommen. Statt der Diamanten können jedoch auch cBN-Elemente vorgesehen sein. Grundsätzlich sind sämtliche Erwähnungen von Diamanten in der folgenden Beschreibung beispielhaft zu verstehen. Alternativ können auch sämtliche andere Hartstoffelemente verwendet werden, die im Folgenden beispielhaft erwähnt sind. Als Materialien, aus denen die Hartstoffelemente bestehen oder die sie umfassen können, kommen auch MKD-, CVD-, PKD (polykristalliner Diamant) sowie insbesondere Naturdiamanten und synthetische Diamanten in Frage. Ferner kann kubisches Bor-Carbon-Nitrat (cBC2N) als Material genutzt werden. Die Hartstoffelemente können Größen zwischen 0,1 und 1 mm aufweisen. Sie können jedoch auch größer als 1 mm, aber üblicherweise nicht größer als 2 mm sein. Die Hartstoffelemente können eine regelmäßige aber auch eine unregelmäßige Form aufweisen. So können Splitter verwendet werden, die beispielsweise durch Zerstörung eines größeren Hartstoffkörpers entstehen. Die Größe dieser Splitter kann zueinander ähnlich sein (beispielsweise etwa 1mm³), wobei sich die genaue Größe, Form und Abmessung verschiedener Splitter jedoch unterscheiden kann.
Dass die Hartstoffelemente zufällig entlang der Schichtdicke verteilt sind bedeutet, dass sie zumindest nicht in Form eines absichtlich gewählten und festgeschriebenen Musters verteilt werden. Zwar kann die Konzentration der Hartstoffelemente in dem Hartstoffbelag definiert sein (beispielsweise 40 Vol.-% oder 40 Massen-%), die genaue Anordnung der Hartstoffelemente ist jedoch rein zufällig. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Werkzeug nicht unter Verwendung einer Matrix zum gezielten Anordnen einzelner Hartstoffelemente hergestellt wird.
Der so aufgebrachte Hartstoffbelag ist entlang seiner Schichtdicke hinsichtlich seiner Qualität und Festigkeit im Wesentlichen konstant. Außerdem wird die Herstellung erheblich vereinfacht, da ein genaues Festsetzen der Position der einzelnen Hartstoffelemente nicht nötig ist.
Das verwendete Werkzeug kann in vielen technischen Bereichen zur Anwendung kommen. So kann es zur spanenden oder schleifenden Bearbeitung anderer Objekte, insbesondere auch anderer Werkzeuge und bei der Fertigung solcher Werkzeuge verwendet werden. Es ist ferner möglich, mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug zu polieren, beispielsweise metallene Oberflächen. Darüber hinaus kann der Hartstoffbelag auch als Verschleißschutz für das Werkzeug selbst verwendet werden, insbesondere wenn die Beständigkeit des Hartstoffbelags gegenüber den bei seiner Verwendung auftretenden Umwelteinflüssen größer ist, als die Beständigkeit des Materials, aus dem der Grundkörper besteht, gegenüber diesen Umwelteinflüssen. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann auch verwendet werden, um andere Objekte zu durchtrennen oder zu schneiden. Weiterhin kann das Werkzeug in der Lebensmittelindustrie, insbesondere beim Schälen oder Mahlen von Lebensmitteln verwendet werden. Dabei können sämtliche in der Lebensmittelindustrie üblichen Stoffen mit Hilfe eins erfindungsgemäßen Werkzeugs je nach Ausgestaltung desselben gemahlen, gerieben, geschält oder auf andere Art bearbeitet werden. So können beispielsweise nicht nur Erbsen geschält sondern auch Zucker oder andere in Pulverform zu bringende Lebensmittel gemahlen werden. Ebenso kann ein erfindungsgemäßes Werkzeug verwendet werden, um beispielsweise pulverförmige oder zumindest leicht gemahlene Futtermittel für Tiere herzustellen. Auch in der Produktionskette zur Herstellung von Trockenfutter für Tiere kann ein entsprechendes Werkzeug beim Mahlen der Ausgangsstoffe, sofern nötig, verwendet werden.
In diesem Sinne sind die bisher genannten Beispiele einer Planschleifscheibe und einer Umfangsschleifscheibe nur beispielhaft zu verstehen. Das Werkzeug kann beispielsweise auch in Form eines Mahlwerks oder einer Schälvorrichtung, als Schleifwerkzeug oder in anderer Art realisiert werden, je nach Verwendungszweck. Der Hartstoffbelag kann ebenfalls entsprechend an den vorgesehenen Verwendungszweck angepasst werden, indem beispielsweise das Verhältnis zwischen Tragteil (der Teil der Oberfläche, der durch Bereiche mit Hartstoffelementen besetzt ist) und Spanraum (der Teil der Oberfläche des Werkzeugs, der nicht durch Bereiche mit Hartstoffelementen besetzt ist, mit einer Höhe, die der Höhe der Bereiche mit Hartstoffelementen entspricht) bei der Herstellung des Werkzeugs entsprechend eingestellt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass der Hartstoffbelag mit dem Grundkörper mittels eines Lots verbunden ist.
Die Verbindung des Hartstoffbelags mit dem Grundkörper mit Hilfe eines Lots sorgt dafür, dass die Festigkeit der Verbindung des Hartstoffbelags mit dem Grundkörper im Wesentlichen gleich der Verbindung der Hartstoffelemente mit dem Lot innerhalb des Hartstoffbelags ist, so dass ein Herausbrechen einzelner Bereiche des Hartstoffbelags vermieden werden kann.
Ferner kann sich der Bereich über den gesamten Hartstoffbelag erstrecken.
Eine im Wesentlichen ebene Oberfläche, in der die Hartstoffelemente über den gesamten Hartstoffbelag verteilt sind, kann so realisiert werden, was das Schleifergebnis bei einigen Anwendungen verbessern kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hartstoffbelag mehrere Bereiche umfasst, wobei die Bereiche voneinander beabstandet in dem Hartstoffbelag angeordnet sind Durch diese Beabstandung ist es insbesondere möglich, auch gekrümmte Oberflächen von Grundkörpern mit Hartstoffbelägen zu versehen, die gute Schleifeigenschaften besitzen.
Zumindest ein Bereich kann eine Polyeder-Form, beispielsweise eine Quader-Form oder eine Pyramiden-Form, aufweisen; und/oder zumindest ein Bereich eine Spur-Form aufweisen, wobei die Spur eine Spurbreite und eine Spurlänge aufweist und die Spurlänge wenigstens 10 mal größer als die Spurbreite ist.
Die einzelnen Formen können besonders vorteilhaft je nach Anwendung des Werkzeugs vorgesehen werden, um beispielsweise die Bearbeitung anderer Werkzeuge zu erleichtern.
In einer Ausführungsform weisen wenigstens einige Bereiche die gleiche Form auf und diese Bereiche sind in einem regelmäßigen zweidimensionalen Muster im Hartstoffbelag angeordnet.
Ein solch regelmäßiges zweidimensionales Muster kann dabei beitragen, das Bearbeitungsergebnis mit Hilfe des Werkzeugs auch bei gekrümmter Oberfläche des Werkzeugs zu gewährleisten.
Das regelmäßige zweidimensionale Muster kann ein zweidimensionales Bravais-Gitter sein.
Diese Strukturen sind vergleichsweise einfach herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lot aus einer metallischen Legierung besteht oder eine solche metallische Legierung umfasst.
Metalle besitzen eine vergleichsweise hohe Festigkeit, so dass auch die Hartstoffelemente zuverlässig im Hartstoffbelag befestigt werden können.
Die metallische Legierung kann Nickel und/oder Silber umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schicht weiterhin ein Füllmaterial umfasst, das von dem Lot und den Hartstoffelementen verschieden ist.
Dieses Füllmaterial kann beispielsweise stabiler gewählt werden, als das Lot und kann somit zu einem insgesamt härteren Hartstoffbelag führen, was die Stabilität des Hartstoffbelags positiv beeinflussen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs, beispielsweise einer Planschleifscheibe oder einer Umfangsschleifscheibe, mit einem Grundkörper und einem daran angeordneten Hartstoffbelag, umfasst, dass für den Hartstoffbelag zumindest in einem Bereich eine Vielzahl von Hartstoffelementen in einer Schicht angeordnet werden, wobei die Schicht eine Schichtdicke aufweist, die einem Vielfachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente entspricht und wobei die Hartstoffelemente mittels eines Lots in der Schicht angeordnet und miteinander verbunden werden und die Hartstoffelemente zufällig entlang der Schichtdicke verteilt sind und wobei der Hartstoffbelag mit dem Grundkörper zum Herstellen des Werkzeugs verbunden wird.
Bei einem Lötverfahren, mit dem eine Verbindung zwischen den Hartstoffelementen und dem Lot hergestellt wird, das umfasst, dass das Lot erst verflüssigt und anschließend wieder verfestigt wird, kann es sich beispielsweise um ein Vakuumlötverfahren handeln. Diese sind grundsätzlich bekannt. Infrage kommen jedoch auch Lötverfahren unter Schutzatmosphäre, beispielsweise unter Verwendung einer Schutzatmosphäre mit Argon.
Mit diesem Verfahren können Werkzeuge mit Hartstoffbelägen kostengünstig hergestellt werden, wobei jedoch die Qualität der Hartstoffbeläge auf den Werkzeugen positiv beeinflusst wird durch die im Wesentlichen zufällige Verteilung der Hartstoffelemente im Hartstoffbelag.
Der Hartstoffbelag kann mit dem Grundkörper mittels eines Lots verbunden werden, um das Werkzeug herzustellen.
Die Festigkeit der Verbindung des Hartstoffbelags mit dem Grundkörper ist in dieser Ausführungsform höher als sie beispielsweise bei Verbindungen des Hartstoffbelags mit dem Grundkörper mit Hilfe von Sinterverfahren oder Ähnlichem erreicht werden kann.
In einer Ausführungsform wird zumindest der Bereich während der Erzeugung des Bereichs mit dem Grundkörper verbunden.
Mit dieser Ausführungsform ist angedacht, dass der Bereich gleichzeitig mit der Verbindung des Bereichs mit dem Grundkörper hergestellt wird, d.h. also während der Bereich auf dem Grundkörper gebildet wird, wird dieser mit dem Grundkörper verbunden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Schablone auf dem Grundkörper angeordnet wird, die wenigstens eine dem Bereich entsprechende Aussparung aufweist, die bei Auflage der Schablone auf den Grundkörper auf einer Seite durch den Grundkörper begrenzt ist, wobei anschließend Hartstoffelemente und Lot in die Aussparung eingebracht werden und anschließend das Lot aushärtet, sodass die Hartstoffelemente miteinander verbunden werden und der Bereich mit dem Grundkörper verbunden wird.
Durch das Auflegen einer Schablone auf dem Grundkörper kann eine zuverlässige Anordnung und auch Trennung der Bereiche voneinander sowie gleichzeitig ein zuverlässiges Verbinden der Bereiche mit dem Grundkörper gewährleistet werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass Hartstoffelemente und Lot mittels einer Dosiereinrichtung auf einen Bereich des Grundkörpers aufgebracht werden und anschließend das Lot aushärtet, sodass die Hartstoffelemente miteinander verbunden werden und der Bereich mit dem Grundkörper verbunden wird.
Die Dosiereinrichtung erlaubt eine flexible Gestaltung der Hartstoffbeläge auch Bereich für Bereich, so dass insbesondere individuelle Lösungen für Werkzeuge ermöglicht werden.
Überdies kann das Lot teilweise gleichzeitig mit dem Hartstoffelementen auf den Grundkörper aufgebracht werden.
So wird eine vorteilhafte Durchmischung der Hartstoffelemente und des Lots realisiert, was die Zufälligkeit der Verteilung der Hartstoffelemente innerhalb des Hartstoffbelags positiv beeinflusst.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Bereich hergestellt wird, bevor der Bereich mit dem Grundkörper verbunden.
Dies erlaubt ein Trennen der einzelnen Herstellungsprozesse, was insbesondere die Lagerung und weitere Bearbeitung des Hartstoffbelags und der Bereiche vereinfachen kann.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hartstoffelemente und das Lot in eine Negativform gegeben werden, die dem negativen der Form des Bereichs entspricht, wobei, nachdem das Lot ausgehärtet ist, das Segment aus der Form entnommen und zum Erzeugen des Bereichs des Hartstoffbelags auf dem Grundkörper angeordnet und mit dem Grundkörper verbunden wird.
Mit dieser Ausführungsform ist eine einfache und gut reproduzierbare Herstellung der Bereiche möglich.
In einer Ausführungsform wird vor dem Erzeugen des Bereichs eine Mischung aus dem Lot und den Hartstoffelementen hergestellt, die anschließend zum Erzeugen des Bereichs verwendet wird, wobei die Mischung weiterhin wenigstens eines von einem Füllmaterial und einem flüssigen Zusatz umfasst.
Durch die Verwendung von Füllmaterial und/oder flüssigen Zusätzen kann beispielsweise das Aufbringen der Bereiche oder das Erstellen der Bereiche vereinfacht werden. Durch die Verwendung der Füllmaterialien kann die Festigkeit des später hergestellten Hartstoffbelags positiv beeinflusst werden.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mischung auf den Grundkörper aufgebracht wird und anschließend unter Verwendung einer Walze der wenigstens eine Bereich gebildet wird bevor das Lot aushärtet.
Dieses Verfahren erlaubt insbesondere bei Verwendung von zum Teil flüssigen Mischungen ein einfaches Erstellen von entsprechenden Bereichen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Walze entweder in Form von zueinander beabstandeten Schneidelementen ausgeführt ist, die einzelne Bereiche aus der Mischung auf dem Grundkörper voneinander trennen oder dass in die Walze bzw. in deren Walzoberfläche eine Struktur eingeprägt ist, die sich entsprechend bei Andrücken auf die auf dem Grundkörper angeordnete Mischung auf die Mischung überträgt und so die Bereiche bildet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass nach dem Aushärten auf einer vom Grundkörper wegweisenden Seite des Bereichs ein weiterer Bereich gebildet wird, wobei der Bereich und der zweite Bereich sich hinsichtlich wenigstens einem von der Art der Hartstoffelemente, der Art des Lotes, einer Art von Füllkörpern unterscheiden.
Hiermit kann für unterschiedliche Anwendungen eine geeignete Abfolge von aufeinandergeschichteten Bereichen mit darin zuverlässig verteilten Hartstoffelementen bewirkt werden, wobei sich die Schichten beispielsweise hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit, Härte oder anderen Eigenschaften unterscheiden kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Verbinden des Lots mit den Hartstoffelementen ein Lötverfahren verwendet wird, bei dem das Lot erst verflüssigt und anschließend wieder verfestigt wird, wobei das Lötverfahren ein Vakuumlötverfahren oder ein Lötverfahren unter Schutzatmosphäre ist.
Unerwünschte Wechselwirkungen mit der Umgebungsluft, die beispielsweise zu chemischen Reaktionen innerhalb des Lots oder beispielsweise mit Füllmaterial oder einem flüssigen Bestandteil der Mischung führen können, werden mit diesen Lötverfahren zuverlässig vermieden, was die Haltbarkeit der so hergestellten Verbindung positiv beeinflussen kann.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1: zeigt ein Werkzeug mit einem Hartstoffbelag gemäß einer Ausführungsform
Fig. 2: zeigt eine Vergrößerung des in Fig. 1 dargestellten Ausschnitts des Hartstoffbelags
Fig. 3a-d: zeigen verschiedene Realisierungen für die Herstellung des Werkzeugs und der Bereiche des Hartstoffbelags
Fig. 4: zeigt eine weitere Ausführungsform bei der Herstellung eines mehrschichten Hartstoffbelags

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein Werkzeug 100 in Form einer Planschleifscheibe mit einem Grundkörper 101 und einem darauf angeordneten Hartstoffbelag 102. In der hier dargestellten Ausführungsform kann es sich dabei beispielsweise um eine Planschleifscheibe handeln, die in ihrer Mitte im Bereich 103 eine Achse aufweist. Wie in dieser Ausführungsform zu erkennen, ist auf der äu-βeren Oberfläche des Grundkörpers 101 ein Hartstoffbelag angeordnet. Dieser Hartstoffbelag ist entweder vollkommen durchgängig mit im Wesentlichen gleicher Schichtdicke oder in unterschiedliche Bereiche unterteilt. Hierzu wird in Fig. 2 noch genaueres ausgeführt.
Während die Ausführungsform gemäß der Fig. 1 eine mögliche Realisierung eines Werkzeugs betrifft, ist dies nicht beschränkend zu verstehen. So kommen auch Umfangsschleifscheiben oder sämtliche andere Werkzeuge, die üblicherweise mit einem Hartstoffbelag beschichtet werden, für die Erfindung in Betracht. Der Hartstoffbelag muss auch nicht flächig aufgebracht werden (also sich beispielsweise über die gesamte äußere Oberfläche des Grundkörpers erstrecken), sondern kann beispielsweise auch nur in kleinen Teilbereichen auf der Oberfläche des Grundkörpers angeordnet werden.
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann in vielen technischen Bereichen zur Anwendung kommen. So kann es zur spanenden oder schleifenden Bearbeitung anderer Objekte, insbesondere auch anderer Werkzeuge und bei der Fertigung solcher Werkzeuge verwendet werden.
Es ist ferner möglich, mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug zu polieren, beispielsweise metallene Oberflächen. Darüber hinaus kann der Hartstoffbelag auch als Verschleißschutz für das Werkzeug selbst verwendet werden, insbesondere wenn die Beständigkeit des Hartstoffbelags gegenüber den bei seiner Verwendung auftretenden Umwelteinflüssen größer ist, als die Beständigkeit des Materials, aus dem der Grundkörper besteht, gegenüber diesen Umwelteinflüssen. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann auch verwendet werden, um andere Objekte zu durchtrennen oder zu schneiden. Weiterhin kann das Werkzeug in der Lebensmittelindustrie, insbesondere beim Schälen oder Mahlen von Lebensmitteln verwendet werden.
Der Hartstoffbelag selbst umfasst eine Vielzahl von Hartstoffelementen, die durch ein Lot, das beispielsweise aus Nickel und/oder Silber oder einer anderen metallischen Legierung besteht oder zumindest eine solche umfasst, in der Schicht gehalten werden. Dies bedeutet, dass das Lot, nachdem es beispielsweise in einem Ofen erwärmt und zumindest teilweise verflüssigt wurde, im anschließenden Aushärtungsprozess die Hartstoffelemente derart umgibt und bindet, dass diese fest im Hartstoffbelag angeordnet sind. Zusätzlich zu den in dem Hartstoffbelag angeordneten Hartstoffelementen können weitere Füllmaterialien vorgesehen sein, die zusätzliche Eigenschaften übernehmen können, wie beispielsweise die Festigkeit der Schicht erhöhen.
Der Anteil der Hartstoffelemente in dem Hartstoffbelag ist grundsätzlich flexibel. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Hartstoffelemente 30 Vol.-% des Hartstoffbelags ausmachen oder mehr. Grundsätzlich sind Reichweiten von 10 Vol.-% bis 90 Vol.-%, bevorzugt 30 Vol.-% bis 80 Vol.-% denkbar. Die Additive können abhängig von den bereits durch die Hartstoffelemente eingenommen Vol.-% beispielsweise einige wenige Vol.-%, beispielsweise 5 Vol.-% oder bis hin zu 30 Vol.-% oder mehr ausmachen.
Die übrigen Vol.-% werden vom Lot aufgefüllt.
In der Fig. 1 ist ein Bereich 104 markiert, der in der Fig. 2 vergrößert dargestellt ist.
In der Fig. 2 ist auf dem Grundkörper 101 eine Reihe von zueinander beabstandeten Bereichen 241 angeordnet. Diese sind hier als Quader dargestellt, können aber auch eine beliebige andere Form aufweisen. Beispielsweise können diese Bereiche eine Zylindersegment-Form oder eine Pyramiden-Form oder eine Zylinder-Form oder eine andere Form aufweisen. Die Bereiche können auch in Form von Spuren vorgesehen sein, die sich beispielsweise vom Rand der in der Fig. 1 dargestellten Planschleifscheibe zum Mittelpunkt erstrecken. Die Spuren können entweder gerade verlaufen oder auch gekrümmt sein. Beim Vorsehen von Spuren ist insbesondere vorgesehen, dass die Länge der Spuren wesentlich größer als die Breite der Spuren ist. Die Länge der Spuren kann bevorzugt wenigstens 5 mal größer als die Breite der Spuren sein, besonders bevorzugt wenigstens 10 mal größer als die Breite der Spuren. Während hier auf regelmäßig geformte Bereiche verwiesen wird, können diese auch eine irreguläre Form aufweisen.
Die einzelnen Bereiche 241 können im Prinzip beliebige Abmessungen aufweisen. So kann der Hartstoffbelag durch einen einzigen Bereich 241 gebildet werden aber auch durch duzende, hunderte oder tausende dieser Bereiche. Die Bereiche 241 können im Durchschnitt einen Flächeninhalt von einem halben Quadratzentimeter aufweisen.
In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Bereiche 241 in einem Abstand b zueinander von links nach rechts und in einem Abstand c zueinander in einer dazu senkrechten Richtung entlang des Grundkörpers angeordnet. Die Abstände b und c können gleich groß sein, müssen dies jedoch nicht. Die Abstände b und c können im Bereich weniger zehntel Millimeter bis hin zu einigen Millimetern liegen.
Die zwischen den Bereichen 241 liegenden Bereiche werden als Spanraum bezeichnet. Dieser Spanraum wird gebildet aus dem gedachten Volumen, das sich von der Oberfläche des Grundkörpers bis zur Oberseite der mit Hartstoffelementen versehenen Bereiche 241 erstreckt. Die Bereiche 241 definieren den Tragteil des Werkzeugs. Die von dem Tragteil des Werkzeugs eingenommene Fläche kann zur Realisierung bestimmter Anwendungen in einem bestimmten Verhältnis zur vom Spanraum eingenommenen Fläche (hier wird im Folgenden der Einfachheit halber auch vom Spanraum gesprochen, wenn die Fläche gemeint ist) auf der Oberfläche des Grundkörpers stehen. Beispielsweise können Spanraum und Tragteil denselben Flächeninhalt einnehmen. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Tragteil mehr von der Oberfläche des Werkzeugs bzw. des gesamten Hartstoffbelags einnimmt, als der Spanraum. Beispielsweise kann der Tragteil bis zu 60% oder bis zu 80% oder bis zu 90% der Oberfläche des Werkzeugs bzw. des Hartstoffbelags einnehmen und der Spanraum kann dann den übrigen Teil der Oberfläche einnehmen. Auch die Umkehrung ist denkbar, also dass der Spanraum entsprechend mehr Oberfläche des Werkzeugs bzw. des Hartstoffbelags einnimmt, als der Tragteil. Auch hier können für den Anteil der Oberfläche des Werkzeugs oder des Hartstoffbelags, den der Spanraum einnimmt, Werte von bis zu 60%, bis zu 80% oder bis zu 95% gewählt werden, je nach Anwendung.
Das Verhältnis zwischen Fläche des Spanraums und Fläche des Tragteils muss nicht über den gesamten Hartstoffbelag konstant sein. So kann es Teilbereiche des Hartstoffbelags geben, in denen die von dem Tragteil und dem Spanraum besetzten Flächen ein erstes Verhältnis zueinander haben, und es kann andere Teilbereiche geben, in denen die von dem Tragteil und dem Spanraum besetzten Flächen ein zweites, anderes Verhältnis zueinander haben. Es ist ferner möglich, dass sich das Verhältnis der Flächen von Spanraum und Tragteil kontinuierlich über die Oberfläche des Werkzeugs ändert. Beispielsweise kann das Verhältnis abhängig vom Abstand des entsprechenden Teilbereichs des Hartstoffbelags von einer Drehachse des Werkzeugs sein.
Bevorzugt können die Bereiche 241 in nicht zufälliger Weise in dem Hartstoffbelag angeordnet sein. Beispielsweise können die Bereiche 241 in einem regelmäßigen zweidimensionalen Muster auf der Oberfläche des Werkzeugs angeordnet sein. Das zweidimensionale Muster kann dabei insbesondere eines der zweidimensionalen Bravais-Gitter sein. Ist die Oberfläche des Grundkörpers, auf dem der Hartstoffbelag angeordnet ist, gekrümmt, so kann vorgesehen sein, dass in diesen die Oberfläche beschreibenden gekrümmten Koordinaten (beispielsweise Kugelkoordinaten oder Zylinderkoordinaten) die Anordnung der Bereiche eine regelmäßige Anordnung ist. Dies ist dann aber nicht mehr notwendig bei der Transformation dieser Koordinaten auf kartesische Koordinaten der Fall.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das grundlegende Muster, in dem die Bereiche angeordnet sind, in kartesischen Koordinaten regelmäßig ist, aber auf der gekrümmten Oberfläche des Grundkörpers eine nicht mehr regelmäßige Anordnung erfolgt.
Insbesondere können die Bereiche auch vorgegebenes Muster, also zufällig oder chaotisch auf dem Grundkörper angeordnet werden und so den Hartstoffbelag bilden.
In der Fig. 2 ist weiterhin eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs 241 in einer Schnittansicht dargestellt. In dem Bereich 241, der auf dem Grundkörper 201 des Werkzeugs angeordnet ist, ist eine Vielzahl von Hartstoffelementen 252 angeordnet. Diese Hartstoffelemente können beispielsweise aus künstlichen Diamanten oder aus echten Diamantsplittern bestehen und haben üblicherweise eine Größe von einigen zehntel Millimetern bis hin zu einigen Millimetern. Die Hartstoffelemente werden mit Hilfe eines Lots 251, beispielsweise aus Nickel, Silber, einer Legierung davon oder einer anderen metallischen Legierung 251 in dem Bereich gehalten. Der Bereich 241 weist eine (maximale) Dicke d auf, die im Folgenden auch als Schichtdicke bezeichnet ist. Wenn auch in der Fig. 2 nicht explizit dargestellt aufgrund der Wahl der Quaderform der Bereiche, ist diese Schichtdicke nicht notwendigerweise über die gesamten Abmessungen des Bereichs konstant. In jedem Fall gibt es zumindest einen Teilbereich des Bereichs, in dem die Schichtdicke einem Vielfachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente 252 entspricht, so dass im Prinzip zumindest zwei Hartstoffelemente 252 in dem Bereich übereinander angeordnet werden könnten. Das Vielfache muss dabei kein ganzzahliges Vielfaches des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente sein. Es ist jedoch erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schichtdicke wenigstens dem 2-fachen mittleren Durchmesser der Hartstoffelemente entspricht. Darüber hinaus kommt jede reelle Zahl als Schichtdicke in Frage.
Bei nicht kugelsymmetrischen oder anderweitig symmetrischen Hartstoffelementen ist der Durchmesser als der maximale Abstand zweier innerhalb des Hartstoffelements sich befindender Punkte zu verstehen. Ist das Hartstoffelement also beispielsweise in Form eines Würfels gebildet, so ist als Durchmesser die Entfernung zweier über die Raumdiagonale in dem Würfel miteinander verbindbarer Eckpunkte des Würfels zu verstehen. Bei nicht symmetrischen Anordnungen gilt entsprechendes.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung der Hartstoffelemente zumindest in Richtung der Schichtdicke rein zufällig erfolgt. Wie im Folgenden anhand der Herstellungsverfahren der Bereiche noch beschrieben wird, bedeutet dies insbesondere, dass die Hartstoffelemente nicht gezielt in den Bereichen positioniert werden sondern ihre Position rein zufällig erfolgt.
Besonders bevorzugt sind die Hartstoffelemente auch entlang einer zur Schichtdicke senkrechten Richtung (also beispielsweise entlang der Oberfläche des Grundkörpers) zufällig angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Anordnung der Hartstoffelemente in dem Bereich grundsätzlich völlig zufällig.
Zusätzlich zu den Hartstoffelementen 252, die in dem Lot 251 gehalten werden, können Füllmaterialien 253 vorgesehen sein. Diese Füllmaterialien unterscheiden sich hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung oder zumindest hinsichtlich ihrer Größe von den Hartstoffelementen. Beispielsweise kann es sich bei dem Füllmaterial um Diamantstaub handeln, der wesentlich kleiner ist als die ebenfalls aus Diamant (oder aus künstlichen Diamanten oder aus anderen Materialien) bestehenden Hartstoffelemente. Das Füllmaterial kann zu einer Stabilisierung des Bereichs beitragen, so dass dieser gegenüber Abrasion weniger empfindlich ist. Insbesondere kann das Füllmaterial abhängig von der für das Werkzeug vorgesehenen Verwendung ausgewählt werden.
Es kann besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Härte der Füllmaterialien oder des Füllmaterials geringer ist als die Härte der Hartstoffelemente. Da auch die Härte des Lots für gewöhnlich geringer ist als die Härte der Hartstoffelemente, wird so erreicht, dass sich die gesamte Schicht bei Gebrauch abnutzt und somit bereits benutzte Hartstoffelemente zusammen mit der sich teilweise auflösenden Schicht gewissermaßen aus dem Hartstoffbelag herausfallen. Dadurch kommen weiter unten liegende, unverbrauchte Schichten zum Vorschein, die sich dann erneut über die Zeit abnutzen können. Da die Hartstoffelemente langlebiger sind als das Lot und das Füllmaterial, wird so sichergestellt, dass die Hartstoffelemente nie vollständig abnutzen.
In der Fig. 3 sind verschiedene Verfahren zum Herstellen des wenigstens einen Bereichs und des Hartstoffbelags ausgeführt.
Die Verfahren unterscheiden sich im Wesentlichen darin, dass gemäß einiger Ausführungsformen der Bereich direkt auf dem Grundkörper erzeugt wird bzw. der gesamte Hartstoffbelag direkt auf dem Grundkörper erzeugt wird. Als Alternative dazu können die Bereiche separat erzeugt werden (dies wird in Fig. 3c beschrieben) und anschließend auf dem Grundkörper angeordnet werden, um so den Hartstoffbelag zu bilden.
In Fig. 3a ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der auf dem Grundkörper 101 mit Hilfe einer Dosiereinrichtung 342 eine Mischung umfassend zumindest das Lot und die Hartstoffelemente sowie gegebenenfalls Füllkörper und eventuell eine flüssige Komponente in einer Schablone 340 eingebracht werden. Die Schablone umfasst wenigstens eine, bevorzugt eine Vielzahl von Aussparungen, in die Mischung eingebracht werden kann. Die Aussparungen können in der Schablone beispielsweise durch Trennwände voneinander getrennt sein, so dass, wenn die Schablone auf dem Grundkörper aufliegt, eine in einer Aussparung eingebrachte Mischung nicht in eine andere Aussparung übertreten kann, indem sie entlang des Grundkörpers verläuft.
Die Schablone weist also eine zu der Oberfläche des Grundkörpers im Wesentlichen komplementäre Grundfläche auf, in der die Aussparungen angeordnet sind, so dass bei Auflegen der Schablone auf den Grundkörper die Schablone bevorzugt an keiner Stelle zum Grundkörper einen Abstand aufweist, der größer ist als der kleinste Durchmesser eines Hartstoffelements und/oder des Füllmaterials. So wird verhindert, dass sich Hartstoffelemente und/oder das Füllmaterial unter die Trennwände verteilen können. Hingegen kann es durchaus wünschenswert sein, dass ein Abstand zwischen der Schablone und dem Grundkörper 101 besteht, so dass Lot in diesen Zwischenraum eintreten kann, wenn es im Ofen erwärmt wird und/oder während es beispielsweise in Form eines feinen Pulvers, dessen Korngröße sehr viel kleiner als die der Hartstoffelemente und/oder des Füllmaterials ist, auf dem Grundkörper durch die Dosiereinrichtung platziert wird.
Während grundsätzlich die Dosiereinrichtung 342 in der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform lediglich eine Öffnung umfasst, durch die die Mischung ausgebracht wird, kann auch vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Dosiereinrichtungen vorgesehen sind, wobei eine Dosiereinrichtung jeweils eine Komponente, die anschließend einen Teil des Hartstoffbelags bildet, ausbringt. So kann eine erste Dosiereinrichtung das Lot in fester Form (beispielsweise als Pulver) ausbringen und eine zweite Dosiereinrichtung oder eine zweite Dosieröffnung der ersten Dosiereinrichtung die Hartstoffelemente in die Aussparung einbringen. Dies erfolgt bevorzugt gleichzeitig, so dass eine möglichst zufällige Verteilung des Lots und der Hartstoffelemente erreicht wird. Analog kann eine Verteilung des Füllmaterials erfolgen.
Während in der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform nur eine einzige Dosiereinrichtung 342 dargestellt ist, die zu einem gegebenen Zeitpunkt über einer Aussparung angeordnet sein kann, kann auch vorgesehen sein, dass für jede Aussparung in der Schablone jeweils eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist, so dass jede Aussparung der Schablone gleichzeitig mit allen anderen Aussparungen mit der Mischung ausgestattet werden kann.
In der in Fig. 3b dargestellten Ausführungsform wird eine Walze 352 verwendet, um einen zunächst durchgängig auf den Grundkörper 101 aufgebrachten Hartstoffbelag in einzelne Bereiche 351 zu unterteilen. Dazu kann die Walze entweder Schneidelemente 352 umfassen, die bei Auflegen der Walze oder bei Vorbeiführen der Walze an dem Hartstoffbelag diesen durchtrennen, oder es kann vorgesehen sein (hier nicht dargestellt), dass in der Walze Aussparungen in der Oberfläche angeordnet sind, die gewissermaßen als Negativ zu den auszuformenden Bereichen 351 ausgebildet sind (also insbesondere in die Oberfläche der Walze hineinreichen). Wird die Walze dann mit einem hinreichend großen Anpressdruck auf den Hartstoffbelag 350 von der dem Grundkörper 101 gegenüberliegenden Seite aus gedrückt, so wird die Mischung in die Aussparungen in der Walze gedrückt und so die einzelnen Bereiche gebildet.
Bei dieser Ausführungsform kann durchaus vorkommen, dass eine einlagige Schicht von Hartstoffelementen zwischen den mehrschichtigen Bereichen 351 verbleibt. Dennoch sind die Bereiche 351 hier als im Wesentlichen voneinander getrennt anzusehen. Ebenso gilt für diese Ausführungsform und auch jede andere Ausführungsform, dass zwischen den einzelnen Bereichen der Grundkörper nicht freiliegen muss. Stattdessen kann sich zwischen den einzelnen Bereichen auch Lot und/oder vereinzelt eine im Wesentlichen einschichtige Mischung aus Lot und Hartstoffelementen und/oder Füllmaterial befinden. Dennoch werden die Bereiche im Sinne der Erfindung als voneinander getrennt angesehen, sofern in einem Raum zwischen den Bereichen zumindest keine mehrschichtige Anordnung von Hartstoffelementen erfolgt.
In den in Fig. 3a und 3b beschriebenen Ausführungsformen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Mischung bestehend aus dem (festen) Lot und den Hartstoffelementen sowie gegebenenfalls Füllmaterial weiterhin wenigstens eine flüssige Komponente umfasst. Diese flüssige Komponente ist bevorzugt so beschaffen, dass sie bei einem anschließenden Durchlaufen eines Ofens vollständig verdampft. Durch Einbringen einer flüssigen Komponente in die Mischung kann diese in eine viskose/pastöse Mischung umgewandelt werden, was ihre Dosierung mit Hilfe der Dosiereinrichtung 342 und/oder ihre Verteilung mit Hilfe der Walze gemäß Fig. 3b vereinfachen kann. Während das Vorsehen einer entsprechenden flüssigen Komponente für die in Fig. 3a und b beschriebenen Ausführungsformen besonders vorteilhaft ist, kann ein entsprechendes Vorsehen einer flüssigen Komponente grundsätzlich für die Mischung bestehend aus Lot und Hartstoffelementen und/oder Füllmaterial vorgesehen werden, sofern dies je nach Herstellungsverfahren als zweckdienlich anzusehen ist.
In der Fig. 3c wird ein weiteres Herstellungsverfahren beschrieben, bei dem die einzelnen Bereiche zunächst hergestellt werden und erst anschließend auf dem Grundkörper 101 aufgebracht werden. In der in Fig. 3c dargestellten Ausführungsform werden die Bereiche beispielsweise unter Verwendung einer Negativform 360 mit geeigneten Aussparungen 361 hergestellt, indem in diesen Aussparungen beispielsweise mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Dosiereinrichtung (siehe hierzu beispielsweise Fig. 3a) eine Mischung bestehend zumindest aus Lot und den Hartstoffelementen und gegebenenfalls aus Füllmaterial und/oder einer flüssigen Komponente eingebracht wird.
Die Negativform wird dann zusammen mit der Mischung in einen Offen verbracht, in dem ausreichend hohe Temperaturen herrschen, um das Lot zu verflüssigen. Ist das Lot ausreichend verflüssigt, kann die Negativform aus dem Ofen entfernt und die in den Aussparungen erstellten Bereiche gekühlt werden, so dass sich das Lot wieder verfestigt und die Bereiche fertiggestellt sind.
Anschließend können die Bereiche 362 aus der jeweiligen Aussparung 361 entfernt und auf dem Grundkörper 101 platziert werden. Um eine Verbindung des Grundkörpers mit den Bereichen 362 herzustellen, kann vorgesehen sein, dass auf dem Grundkörper zumindest in einem Bereich, in dem die Bereiche 362 aufgebracht werden sollen, ein Bindemittel 363 aufgebracht wird. Dieses Bindemittel kann beispielsweise Lot sein, so dass in einem anschließenden Erwärmvorgang beispielsweise in einem Ofen, dieses Lot verflüssigt und anschließend ausgehärtet werden kann, so dass eine Verbindung zwischen den Bereichen 362 und dem Grundkörper 101 hergestellt wird. Das Lot kann, muss aber nicht dasselbe Lot sein, das zum Herstellen der Bereiche verwendet wird.
Alternativ ist es in dieser Ausführungsform jedoch auch möglich, die Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen 362 mit dem Grundkörper 101 mit Hilfe anderer Mechanismen und MAterialien, wie beispielsweise Klebern oder Sintermaterialien herzustellen. Die Art und Weise, wie die Bereiche 362 gemäß der Fig. 3c auf dem Grundkörper 101 befestigt werden, ist nicht beschränkt. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Lot als Bindemittel 363. Hierzu sei angemerkt, dass das Lot (oder allgemein Bindemittel) zwar zumindest in dem Bereich auf dem Grundkörper 101 verteilt werden muss, auf dem dann die einzelnen Bereiche 362 angeordnet werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Lot (oder andere Bindemittel) auf der gesamten Fläche des Grundkörpers verteilt wird, die später den Hartstoffbelag bildet. Wird der Hartstoffbelag beispielsweise mit einer äußeren Kontur in Form eines Kreises auf dem Grundkörper aufgebracht, besteht jedoch aus einer Vielzahl von einzelnen Bereichen, wie den Bereichen 362, so kann auf der gesamten Fläche des gedachten Kreises das Bindemittel, insbesondere das Lot aufgebracht werden. Dies kann die Dosierung des Bindemittels/Lots vereinfachen.
Fig. 3d zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens. Hier werden die Bereiche 371, 372, 373 ebenfalls mithilfe einer Dosiereinrichtung 342 (siehe beispielsweise Fig. 3a) direkt auf der Oberfläche des Grundkörpers 101 aufgebracht. Allerdings wird hierzu keine Schablone oder Matrix verwendet, sondern die Bereiche werden als "Freiform", beispielsweise unter Verwendung von CNC-Verfahren, auf der Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht. Dazu ist es besonders von Vorteil, wenn die Mischung eine Viskosität aufweist, die ausreichend groß ist, um ein Zerfließen der aufgebrachten Bereiche zu verhindern aber gleichzeitig gering genug ist, um ein möglichst flexibles Aufbringen der Mischung auf der Oberfläche des Grundkörpers mittels der Dosiereinrichtung zu erreichen.
Das Aufbringen der Bereiche als "Freiform" ist hier so zu verstehen, dass es keine statische oder sonst wie geartete physische Schablone gibt, die Bereiche auf der Oberfläche des Grundkörpers, auf denen die Mischung aufgebracht werden soll, von anderen Bereichen der Oberfläche des Grundkörpers, auf denen die Mischung nicht aufgebracht werden soll, trennt. Die Einteilung der Oberfläche in mit der Mischung beaufschlagte und nicht beaufschlagte Bereiche wird durch die Steuerung der Dosiereinrichtung und ihrer Bewegung relativ zum Grundkörper bewirkt. Dazu kann beispielsweise in einer Steuereinheit (Computer) der Dosiereinrichtung ein Programm hinterlegt sein, das die auszubringende Menge der Mischung abhängig von dem Punkt bzw. Ort auf dem Grundkörper festlegt. Die Dosiereinrichtung 342 kann dann bevorzugt in zumindest zwei Dimensionen (siehe die dargestellten Pfeile) relativ zum Grundkörper 101 bewegt werden und so entsprechend des Programms einen oder mehrere im Prinzip beliebig geformte und beliebig viele Bereiche 371, 372 und 373 auf der Oberfläche des Grundkörpers aufbringen.
Anschließend können diese in einem Ofen erhitzt, getrocknet und ausgehärtet werden.
In Fig. 4 ist eine Weiterbildung der bisher beschriebenen Ausführungsformen dargestellt. Während die bisher beschriebenen Ausführungsformen lediglich die Herstellung eines Werkzeugs mit einem Bereich, dessen Schichtdicke einem Vielfachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente entspricht, betrafen, ist in der Fig. 4 vorgesehen, dass nach Herstellen eines solchen Bereichs oder entsprechend eines gesamten Hartstoffbelags ein weiterer Prozessschritt erfolgt. In der Fig. 4 ist in der linken Darstellung zu erkennen, dass ein entsprechender Bereich 410 mit ersten Hartstoffelementen 412 und einem ersten Lot 411 (und gegebenenfalls nicht dargestellten Füllmaterialien) aufgebracht ist. Dieser Bereich wurde nicht nur aufgebracht, sondern bereits in einem Ofen erwärmt und anschließend das Lot wieder ausgehärtet, so dass der Bereich 410 fertig hergestellt ist.
Beim Übergang zur rechten Abbildung in der Fig. 4 wird dann mit einem entsprechenden Verfahren ein weiterer, zweiter Bereich 420 zumindest teilweise über den Bereich 410 aufgebracht, wobei der zweite Bereich zweite Hartstoffelemente 422 und/oder ein zweites Lot 421 (und gegebenenfalls weitere gegebenenfalls Füllmaterialen) umfasst. Gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich der zweite Bereich von dem ersten Bereich zumindest hinsichtlich entweder der verwendeten Hartstoffelemente 422 oder hinsichtlich des verwendeten Lots.
Während in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform die Bereiche 410 und 420 gleich groß sind kann auch vorgesehen sein, dass der Bereich 410 sich in der in Fig. 4 dargestellten Ebene weiter erstreckt als der Bereich 420. Beispielsweise kann der erste Bereich 410 als Quader mit Abmessungen A, B, C vorgesehen sein. Der zweite Bereich kann ebenfalls als Quader mit Abmessungen D, E, F vorgesehen sein, wobei zumindest eine der Abmessungen D, E oder F kleiner als die entsprechende Abmessung A, B oder C ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Bereich 420 den ersten Bereich 410 vollständig überdeckt. In diesem hier nicht dargestellten Fall würde der Bereich 420 in der rechten Abbildung in Fig. 4 dann den Bereich 410 einschließen.
Bisher wurden die erfindungsgemäßen Werkzeuge in den obigen Ausführungsformen lediglich allgemein beschrieben. Nachfolgend soll eine etwas detaillierte Beschreibung von Werkzeugen, die besonders vorteilhaft mit der Erfindung umgesetzt werden können, angegeben werden.
Wie bereits erwähnt, können mit der Erfindung Werkzeuge mit einem Hartstoffbelag versehen werden, die später Anwendung bei einem oder mehreren von Schleifen, Schruppen, Polieren, Trennen, mahlen, schälen, abtragen etc. finden. Auch eine Verwendung des Hartstoffbelags als Verschleißschutz ist denkbar.
Um den Hartstoffbelag an die jeweilige Verwendung anzupassen, kann vorgesehen sein, dass insbesondere wenigstens eines von den verwendeten Hartstoffelementen, das verwendete Lot, ggf. verwendete Füllmaterialien, der Schichtdicke, dem Verhältnis zwischen der Fläche des Tragteils und der Fläche des Spanraums abhängig von der für das Werkzeug vorgesehenen Verwendung bereits bei der Herstellung des Werkzeugs und insbesondere des Hartstoffbelags an die Verwendung angepasst wird.
So kann bei der Verwendung des Werkzeugs zum Schruppen eine Anordnung der Bereiche in mehreren Gruppen und insbesondere in Spuren, deren Ausdehnung in einer Richtung entlang der Oberfläche einem Vielfachen (beispielsweise mindestens dem zehnfachen) der Ausdehnung in einer anderen Richtung entlang der Oberfläche des Grundkörpers entspricht, besonders vorteilhaft sein. Hier wird ein großer Spanraum vorgesehen, um die beim Schruppen anfallenden Abspanungen des abgeschruppten Objekts aufzunehmen. Ferner kann eine harte Lotbindung und, sofern vorhanden, harte Füllstoffe bzw. Füllmaterial vorgesehen sein. Die Hartstoffelemente können ein großes Volumen einnehmen.
Beim Schleifen und/oder Polieren hingegen kommt es kaum zu Abspanungen von der behandelten Oberfläche, sodass hier ein geringerer Spanraum (verglichen mit dem Schruppen) aber dafür ein möglichst großer Flächeninhalt der mit Hartstoffelementen versehenen Bereiche gewählt wird. Die Lotbindung kann weniger stark sein und die verwendeten Hartstoffelemente können eine geringere Größe aufweisen, als dies beim Schruppen der Fall wäre.
Wird der Hartstoffbelag als Verschleißschutz verwendet, so kann eine harte Lotbindung verwendet werden, die Hartstoffelemente können jedoch verhältnismäßig klein sein. Da der Hartstoffbelag als Schutz dient, ist ein Spanraum nicht notwendig oder kann verglichen mit dem Schleifen/Polieren noch kleiner ausfallen.
Wird das Werkzeug mit dem Hartstoffbelag zum Trennen von Objekten verwendet, so können prinzipiell harte bis weiche Lotbindungen zum Einsatz kommen. Der Spanraum ist sehr variabel. Auch die Größe der Hartstoffelemente ist variabel. Jedoch muss sich der Belag am Umfang des Werkzeugs befinden. Hiermit können Keramiken und Kunststoffe aber auch andere Materialien getrennt werden.
Wird das Werkzeug zum Schälen oder Mahlen von Lebensmitteln verwendet, so können die Eigenschaften des Hartstoffbelags entsprechend den nötigen Eigenschaften bei der Verwendung beim Schruppen und als Verschleißschutz gewählt werden. Mit solchen Werkzeugen können dann beispielsweise Erbsen geschält, Zucker oder Pulver gemahlen werden.

Claims

Werkzeug (100), beispielsweise eine Planschleifscheibe oder eine Umfangsschleifscheibe, mit einem Grundkörper (101) und einem daran angeordneten Hartstoffbelag (102), wobei der Hartstoffbelag (102) zumindest in einem Bereich (241) eine Vielzahl in einer Schicht angeordneter Hartstoffelemente (252) umfasst, wobei die Schicht eine Schichtdicke (d) aufweist, die einem Vielfachen und wenigstens dem Zweifachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente (252) entspricht und wobei die Hartstoffelemente (252) mittels eines Lots (251) in der Schicht gehalten werden und die Hartstoffelemente (252) zufällig entlang der Schichtdicke verteilt sind, wobei die Hartstoffelemente (252) eine Größe von 0,1 bis 1 mm oder größer als 1 mm und kleiner als 2 mm aufweisen und/ oder wobei die Hartstoffelemente Splitter umfassen, deren Größe etwa 1 mm³ beträgt.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Hartstoffbelag mit dem Grundkörper mittels eines Lots verbunden ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Bereich über den gesamten Hartstoffbelag erstreckt.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hartstoffbelag mehrere Bereiche umfasst, wobei die Bereiche voneinander beabstandet in dem Hartstoffbelag angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 4, wobei zumindest ein Bereich eine Polyeder-Form, beispielsweise eine Quader-Form oder eine Pyramiden-Form, aufweist; und/oder
wobei zumindest ein Bereich eine Spur-Form aufweist, wobei die Spur eine Spurbreite und eine Spurlänge aufweist und die Spurlänge wenigstens 10 mal größer als die Spurbreite ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei wenigstens einige Bereiche die gleiche Form aufweisen und diese Bereiche in einem regelmäßigen zweidimensionalen Muster im Hartstoffbelag angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 6, wobei das regelmäßige zweidimensionale Muster ein zweidimensionales Bravais-Gitter ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Lot aus einer metallischen Legierung besteht oder eine solche metallische Legierung umfasst.
Werkzeug nach Anspruch 8, wobei die metallische Legierung Nickel und/oder Silber umfasst.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schicht weiterhin ein Füllmaterial umfasst, das von dem Lot und den Hartstoffelementen verschieden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs (100), beispielsweise einer Planschleifscheibe oder einer Umfangsschleifscheibe, mit einem Grundkörper (101) und einem daran angeordneten Hartstoffbelag (102), wobei für den Hartstoffbelag (102) zumindest in einem Bereich (241) eine Vielzahl von Hartstoffelementen (252) in einer Schicht angeordnet werden, wobei die Schicht eine Schichtdicke (d) aufweist, die einem Vielfachen und wenigstens dem Zweifachen des mittleren Durchmessers der Hartstoffelemente (252) entspricht und wobei die Hartstoffelemente (252) mittels eines Lots (251) in der Schicht angeordnet und miteinander verbunden werden und die Hartstoffelemente (252) zufällig entlang der Schichtdicke verteilt sind und wobei der Hartstoffbelag (102) mit dem Grundkörper (101) zum Herstellen des Werkzeugs (100) verbunden wird, wobei die Hartstoffelemente (252) eine Größe von 0,1 bis 1 mm oder größer als 1 mm und kleiner als 2 mm aufweisen und/oder wobei die Hartstoffelemente (252) Splitter umfassen, deren Größe etwa 1 mm³ beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Hartstoffbelag mit dem Grundkörper mittels eines Lots verbunden wird, um das Werkzeug herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei zumindest der Bereich während der Erzeugung des Bereichs mit dem Grundkörper verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Schablone auf dem Grundkörper angeordnet wird, die wenigstens eine dem Bereich entsprechende Aussparung aufweist, die bei Auflage der Schablone auf den Grundkörper auf einer Seite durch den Grundkörper begrenzt ist, wobei anschließend Hartstoffelemente und Lot in die Aussparung eingebracht werden und anschließend das Lot aushärtet, sodass die Hartstoffelemente miteinander verbunden werden und der Bereich mit dem Grundkörper verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Hartstoffelemente und Lot mittels einer Dosiereinrichtung auf einen Bereich des Grundkörpers aufgebracht werden und anschließend das Lot aushärtet, sodass die Hartstoffelemente miteinander verbunden werden und der Bereich mit dem Grundkörper verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Lot teilweise gleichzeitig mit dem Hartstoffelementen auf den Grundkörper aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Bereich hergestellt wird, bevor der Bereich mit dem Grundkörper verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Hartstoffelemente und das Lot in eine Negativform gegeben werden, die dem negativen der Form des Bereichs entspricht, wobei, nachdem das Lot ausgehärtet ist, das Segment aus der Form entnommen und zum Erzeugen des Bereichs des Hartstoffbelags auf dem Grundkörper angeordnet und mit dem Grundkörper verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei vor dem Erzeugen des Bereichs eine Mischung aus dem Lot und den Hartstoffelementen hergestellt wird, die anschließend zum Erzeugen des Bereichs verwendet wird, wobei die Mischung weiterhin wenigstens eines von einem Füllmaterial und einem flüssigen Zusatz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Mischung auf den Grundkörper aufgebracht wird und anschließend unter Verwendung einer Walze der wenigstens eine Bereich gebildet wird bevor das Lot aushärtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei nach dem Aushärten auf einer vom Grundkörper wegweisenden Seite des Bereichs ein weiterer Bereich gebildet wird, wobei der Bereich und der zweite Bereich sich hinsichtlich wenigstens einem von der Art der Hartstoffelemente, der Art des Lotes, einer Art von Füllkörpern unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei zum Verbinden des Lots mit den Hartstoffelementen ein Lötverfahren verwendet wird, bei dem das Lot erst verflüssigt und anschließend wieder verfestigt wird, wobei das Lötverfahren ein Vakuumlötverfahren oder ein Lötverfahren unter Schutzatmosphäre ist.