WO2020127631A1

WO2020127631A1 - Verfahren zur herstellung eines bearbeitungssegmentes für die trockenbearbeitung von betonwerkstoffen

Info

Publication number: WO2020127631A1
Application number: PCT/EP2019/086158
Authority: WO
Inventors: Marcel Sonderegger; Cliff Toldo
Original assignee: Hilti Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US12030123B2; US20220023945A1; KR20210105365A; EP3898036A1; EP3670036A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes (41) für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen. Das Bearbeitungssegment (41) wird in einem zweistufigen Verfahren hergestellt: In einer ersten Stufe wird ein Grünling aus einem ersten Matrixwerkstoff (44) und ersten Hartstoffpartikeln (45) aufgebaut und in einer zweiten Stufe wird der Grünling unter Temperatur- und Druckeinwirkung zum Bearbeitungssegment (41) weiterverarbeitet.

Description

HILTI Aktiengesellschaft in Schaan Fürstentum Liechtenstein

Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmen tes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bearbeitungswerkzeuge, wie Kernbohrkronen, Sägeblätter, Abtragscheiben und Trenn schleifketten, umfassen Bearbeitungssegmente, die an einem rohr-, scheiben- oder ringför migen Grundkörper befestigt werden, wobei die Bearbeitungssegmente durch Schweißen, Löten oder Kleben mit dem Grundkörper verbunden werden. Abhängig vom Bearbeitungs verfahren des Bearbeitungswerkzeugs werden Bearbeitungssegmente, die zum Kernbohren eingesetzt werden, als Bohrsegmente, Bearbeitungssegmente, die zum Sägen eingesetzt werden, als Sägesegmente, Bearbeitungssegmente, die zum Abtragen eingesetzt werden, als Abtragsegmente und Bearbeitungssegmente, die zum Trennschleifen eingesetzt werden, als Trennschleifsegmente bezeichnet.

Bearbeitungssegmente für Kernbohrkronen, Sägeblätter, Abtragscheiben und Trennschleif ketten werden aus einem Matrixwerkstoff und Hartstoffpartikeln hergestellt, wobei die Hart stoffpartikel statistisch verteilt vorliegen können oder gemäß einem definierten Partikelmuster im Matrixwerkstoff angeordnet sind. Bei Bearbeitungssegmenten mit statistisch verteilten Hartstoffpartikeln werden der Matrixwerkstoff und die Hartstoffpartikel gemischt, die Mi schung wird in eine passende Werkzeugform eingefüllt und zum Bearbeitungssegment wei terverarbeitet. Bei Bearbeitungssegmenten mit gesetzten Hartstoffpartikeln wird ein Grünling schichtweise aus Matrixwerkstoff aufgebaut, in den die Hartstoffpartikel gemäß dem definier ten Partikelmuster platziert werden. Bei Bearbeitungssegmenten, die mit dem Grundkörper des Bearbeitungswerkzeuges verschweißt werden, hat sich der Aufbau aus einer Bearbei tungszone und einer Neutralzone bewährt. Die Bearbeitungszone wird aus einem ersten Matrixwerkstoff und die Neutralzone aus einem zweiten Matrixwerkstoff, der vom ersten Mat rixwerkstoff verschieden ist, aufgebaut. Bearbeitungswerkzeuge, die als Kernbohrkrone, Sägeblatt, Abtragscheibe oder Trennschleif kette ausgebildet sind und für die Nassbearbeitung von Betonwerkstoffen vorgesehen sind, sind für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen nur bedingt geeignet. Bei der Nassbe arbeitung von Betonwerkstoffen entsteht ein abrasiver Betonschlamm, der den Bearbei tungsprozess unterstützt und zu einem Selbstschärfen der Bearbeitungssegmente während der Bearbeitung führt. Der Matrixwerkstoff wird durch den abrasiven Bohrschlamm abgetra gen und neue Hartstoffpartikel werden freigelegt. Bei der Trockenbearbeitung von Beton werkstoffen kann sich kein abrasiver Bohrschlamm bilden, der den Bearbeitungsprozess un terstützen kann. Die Hartstoffpartikel werden schnell stumpf und die Bearbeitungsrate sinkt. Durch den fehlenden Betonschlamm verschleißt der Matrixwerkstoff zu langsam und tiefer liegende Hartstoffpartikel können nicht freigelegt werden. Bei bekannten Bearbeitungswerk zeugen zur Nassbearbeitung weisen der Matrixwerkstoff und die Hartstoffpartikel ähnliche Verschleißraten auf.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes zu entwickeln, mit dem Bearbeitungssegmente hergestellt werden können, die für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen geeignet sind. Dabei soll das Bearbeitungssegment bei der Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen eine hohe Bearbei tungsrate und eine möglichst lange Lebensdauer aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes für ein Bearbeitungswerkzeug, wobei das Bearbeitungssegment mit einer Unterseite mit einem Grundkörper des Bearbei tungswerkzeuges verbunden wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Grünling hergestellt wird, bei dem die ersten Hartstoffpartikel gegenüber dem ersten Mat rixwerkstoff an der Oberseite einen Überstand aufweisen. Dadurch, dass die ersten Hart stoffpartikel bereits beim Grünling gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff einen Überstand aufweisen, können die ersten Hartstoffpartikel auch beim fertigen Bearbeitungssegment an der Oberseite einen Überstand gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff aufweisen. Das Schärfen der Bearbeitungssegmente kann vollständig entfallen oder ist zumindest deutlich reduziert. Allerdings muss der Überstand der ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite bei der Weiterverarbeitung des Grünlings zum Bearbeitungssegment bewahrt werden. Bearbeitungssegmente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wer den in einem zweistufigen Verfahren hergestellt: In einer ersten Stufe wird ein Grünling aus dem ersten Matrixwerkstoff und den ersten Hartstoffpartikeln aufgebaut und in einer zweiten Stufe wird der Grünling durch Heißpressen unter Temperatureinwirkung und Druckeinwir kung zwischen einem ersten Pressstempel, der die Unterseite des Bearbeitungssegmentes formt, und einem zweiten Pressstempel, der eine der Unterseite gegenüberliegende Ober seite des Bearbeitungssegmentes formt, zum Bearbeitungssegment weiterverarbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Bearbeitungssegmenten mit einem Überstand der ersten Hartstoffpartikel gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff, wo bei der Überstand mindestens eines ersten Hartstoffpartikels gegenüber dem ersten Mat rixwerkstoff grösser als 400 mhi ist. Bearbeitungssegmente, bei denen mindestens einer der ersten Hartstoffpartikel gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff einen Überstand von mehr als 400 mhi aufweist, sind für die Trockenbearbeitung von Betonwerkstoffen geeignet. Je grösser der Überstand der ersten Hartstoffpartikel ist, umso höher ist die Bearbeitungsrate, die mit dem Bearbeitungswerkzeug erzielt werden kann.

Bevorzugt wird beim Heißpressen des Grünlings ein zweiter Pressstempel verwendet, wel cher in einer Pressfläche Vertiefungen aufweist, wobei die Anordnung der Vertiefungen dem definierten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel entspricht. Durch die Verwendung ei nes zweiten Pressstempels, der in der Pressfläche eine Anordnung von Vertiefungen für die ersten Hartstoffpartikel aufweist, kann der Grünling zum Bearbeitungssegment weiterverar beitet werden, ohne dass der Überstand der ersten Hartstoffpartikel, der beim Grünling er zeugt wurde, gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff entfernt wird. Die Vertiefungen, die dem definierten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel entsprechen, sind erforderlich, damit der Überstand der ersten Hartstoffpartikel an der Oberseite beim Heißpressen bewahrt wird. Würde der Grünling an der Oberseite mit einem herkömmlichen zweiten Pressstempel ohne Vertiefungen geformt, würde der Überstand der ersten Hartstoffpartikel beim Heißpressen vernichtet.

In einer bevorzugten Variante werden erste Hartstoffpartikel verwendet, die von einem Hüll werkstoff umhüllt sind, wobei der Hüllwerkstoff dem ersten Matrixwerkstoff entspricht. Die Verwendung von umhüllten ersten Hartstoffpartikeln hat den Vorteil, dass die ersten Hart stoffpartikel nicht in direktem Kontakt mit dem zweiten Pressstempel kommen und der Ver schleiß des zweiten Pressstempels reduziert werden kann.

In einer alternativen bevorzugten Variante werden erste Hartstoffpartikel verwendet, die von einem Hüllwerkstoff umhüllt sind, wobei der Hüllwerkstoff vom ersten Matrixwerkstoff ver schieden ist. Die Verwendung von umhüllten ersten Hartstoffpartikeln hat den Vorteil, dass die ersten Hartstoffpartikel nicht in direktem Kontakt mit dem zweiten Pressstempel kommen und der Verschleiß des zweiten Pressstempels reduziert werden kann. Bei Verwendung ei nes Hüllwerkstoffs, der vom ersten Matrixwerkstoff verschieden ist, können Matrixwerkstoffe mit unterschiedlichen Verschleißeigenschaften eingesetzt werden. Der Hüllwerkstoff dient zum Schutz des zweiten Pressstempels beim Heißpressen des Grünlings und sollte beim fertigen Bearbeitungssegment möglichst schnell entfernt werden können, um die ersten Hart stoffpartikel, die den Untergrund bearbeiten, freizustellen. Ein Matrixwerkstoff mit einer höhe ren Verschleißrate als der erste Matrixwerkstoff lässt sich schnell entfernen.

In einer Weiterentwicklung werden dem ersten Matrixwerkstoff zweite Hartstoffpartikel beige mischt, wobei ein mittlerer Partikeldurchmesser der zweiten Hartstoffpartikel kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmesser der ersten Hartstoffpartikel ist. Abhängig von den Verschleißei genschaften des ersten Matrixwerkstoffes kann es während der Bearbeitung eines Unter grundes mit dem Bearbeitungswerkzeug durch Reibung mit dem Untergrund zu einem ver stärkten Verschleiß des ersten Matrixwerkstoffs an den Seitenflächen des Bearbeitungsseg mentes kommen. Dieser Verschleiß kann durch die zweiten Hartstoffpartikel reduziert wer den. Die zweiten Hartstoffpartikel können als statistisch verteilte Partikel dem ersten Mat rixwerkstoff beigemischt werden oder die zweiten Hartstoffpartikel werden gemäß einem de finierten zweiten Partikelmuster im ersten Matrixwerkstoff platziert. Die zweiten Hartstoffparti kel werden insbesondere im Bereich der Seitenflächen des Bearbeitungssegmentes platziert.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrie ben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht ver zerrter Form ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Än derungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeig ten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegen stand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Ge genstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Gren zen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Es zeigen: FIGN. 1A, B zwei Varianten eines als Kernbohrkrone ausgebildeten Bearbeitungswerkzeu ges;

FIGN. 2A, B zwei Varianten eines als Sägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeuges; FIG. 3 ein als Abtragscheibe ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug; FIG. 4 ein als Trennschleifkette ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug; FIGN. 5A-C ein Bearbeitungssegment in einer dreidimensionalen Darstellung (FIG. 5A), in einer Ansicht auf eine Oberseite (FIG. 5B) und in einer Ansicht auf einer Sei tenfläche (FIG. 5C);

FIG. 6 die Herstellung des Bearbeitungssegmentes der FIGN. 5A-C gemäß dem er findungsgemäßen Verfahren, wobei in einer ersten Stufe ein Grünling herge stellt wird und in einer zweiten Stufe der Grünling zu einem Pressling verdich tet wird; und

FIGN. 7A-C einige Werkzeugkomponenten, die bei der Herstellung des Bearbeitungsseg mentes der FIGN. 5A-C eingesetzt werden.

FIGN. 1A, B zeigen zwei Varianten eines als Kernbohrkrone 10A, 10B ausgebildeten Bear beitungswerkzeuges. Die in FIG. 1A dargestellte Kernbohrkrone 10A wird im Weiteren als erste Kernbohrkrone und die in FIG. 1 B dargestellte Kernbohrkrone 10B als zweite Kern bohrkrone bezeichnet, ausserdem werden die erste und zweite Kernbohrkrone 10A, 10B un ter dem Begriff "Kernbohrkrone" zusammengefasst.

Die erste Kernbohrkrone 10A umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 11A, einen rohrför mig ausgebildeten Grundkörper 12A und eine Werkzeugaufnahme 13A. Die Bearbeitungs segmente 1 1A, die zum Kernbohren eingesetzt werden, werden auch als Bohrsegmente be zeichnet und der rohrförmig ausgebildete Grundkörper 12A wird auch als Bohrschaft be zeichnet. Die Bohrsegmente 11A sind fest mit dem Bohrschaft 12A verbunden, beispiels weise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die zweite Kernbohrkrone 10B umfasst ein ringförmiges Bearbeitungssegment 11 B, einen rohrförmig ausgebildeten Grundkörper 12B und eine Werkzeugaufnahme 13B. Das ringför mige Bearbeitungssegment 11 B, das zum Kernbohren eingesetzt wird, wird auch als Bohr ring bezeichnet und der rohrförmig ausgebildete Grundkörper 12B wird auch als Bohrschaft bezeichnet. Der Bohrring 11 B ist fest mit dem Bohrschaft 12B verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen. Die Kernbohrkrone 10A, 10B wird über die Werkzeugaufnahme 13A, 13B mit einem Kern bohrgerät verbunden und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät in einer Drehrichtung 14 um eine Drehachse 15 angetrieben. Während der Drehung der Kernbohrkrone 10A, 10B um die Drehachse 15 wird die Kernbohrkrone 10A, 10B entlang einer Vorschubrichtung 16 in ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt, wobei die Vorschubrichtung 16 parallel zur Drehachse 15 verläuft. Die Kernbohrkrone 10A, 10B erzeugt im zu bearbeitenden Werkstück einen Bohr kern und ein Bohrloch.

Der Bohrschaft 12A, 12B ist im Ausführungsbeispiel der FIGN. 1A, B einteilig ausgebildet und die Bohrsegmente 11A bzw. der Bohrring 11 B sind fest mit dem Bohrschaft 12A, 12B verbunden. Alternativ kann der Bohrschaft 12A, 12B zweiteilig aus einem ersten Bohrschaft abschnitt und einem zweiten Bohrschaftabschnitt ausgebildet sein, wobei die Bohrsegmente 11A bzw. der Bohrring 11 B fest mit dem ersten Bohrschaftabschnitt und die Werkzeugauf nahme 13A, 13B fest mit dem zweiten Bohrschaftabschnitt verbunden ist. Der erste und zweite Bohrschaftabschnitt werden über eine lösbare Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Die lösbare Verbindungseinrichtung ist beispielsweise als Steck-Dreh-Verbin- dung, wie in EP 2 745 965 A1 oder EP 2 745 966 A1 beschrieben, ausgebildet. Die Ausbil dung des Bohrschaftes als einteiliger oder zweiteiliger Bohrschaft hat keinen Einfluss auf den Aufbau der Bohrsegmente 11A bzw. des Bohrringes 11 B.

FIGN. 2A, B zeigen zwei Varianten eines als Sägeblatt 20A, 20B ausgebildeten Bearbei tungswerkzeuges. Das in FIG. 2A dargestellte Sägeblatt 20A wird im Weiteren als erstes Sä geblatt und das in FIG. 2B dargestellte Sägeblatt 20B als zweites Sägeblatt bezeichnet, aus serdem werden das erste und zweite Sägeblatt 20A, 20B unter dem Begriff "Sägeblatt" zu sammengefasst.

Das erste Sägeblatt 20A umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 21 A, einen scheibenför mig ausgebildeten Grundkörper 22A und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungsseg mente 21A, die zum Sägen eingesetzt werden, werden auch als Sägesegmente bezeichnet und der scheibenförmig ausgebildete Grundkörper 22A wird auch als Stammblatt bezeichnet. Die Sägesegmente 21A sind fest mit dem Stammblatt 22A verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Das zweite Sägeblatt 20B umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 21 B, einen ringförmig ausgebildeten Grundkörper 22B und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungssegmente 21 B, die zum Sägen eingesetzt werden, werden auch als Sägesegmente bezeichnet und der ringförmig ausgebildete Grundkörper 22B wird auch als Ring bezeichnet. Die Sägesegmente 21 B sind fest mit dem Ring 22B verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen. Das Sägeblatt 20A, 20B wird über die Werkzeugaufnahme mit einer Säge verbunden und im Sägebetrieb von der Säge in einer Drehrichtung 24 um eine Drehachse 25 angetrieben. Während der Drehung des Sägeblattes 20A, 20B um die Drehachse 25 wird das Sägeblatt 20A, 20B entlang einer Vorschubrichtung bewegt, wobei die Vorschubrichtung parallel zur Längsebene des Sägeblattes 20A, 20B verläuft. Das Sägeblatt 20A, 20B erzeugt im zu bear beitenden Werkstück einen Sägeschlitz.

FIG. 3 zeigt ein als Abtragscheibe 30 ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug. Die Abtrag scheibe 30 umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 31 , einen Grundkörper 32 und eine Werkzeugaufnahme. Die Bearbeitungssegmente 31 , die zum Abtragen eingesetzt werden, werden auch als Abtragsegmente bezeichnet und der scheibenförmig ausgebildete Grund körper 32 wird auch als Topf bezeichnet. Die Abtragsegmente 31 sind fest mit dem Topf 32 verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die Abtragscheibe 30 wird über die Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeuggerät verbun den und im Abtragbetrieb vom Werkzeuggerät in einer Drehrichtung 34 um eine Drehachse 35 angetrieben. Während der Drehung der Abtragscheibe 30 um die Drehachse 35 wird die Abtragscheibe 30 über ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt, wobei die Bewegung der senkrecht zur Drehachse 35 verläuft. Die Abtragscheibe 30 entfernt die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks.

FIG. 4 zeigt ein als Trennschleifkette 36 ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug. Die Trenn schleifkette 36 umfasst mehrere Bearbeitungssegmente 37, mehrere gliedförmig ausgebil dete Grundkörper 38 und mehrere Verbindungsglieder 39. Die Bearbeitungssegmente 37, die zum Trennschleifen eingesetzt werden, werden auch als Trennschleifsegmente bezeich net und die gliedförmig ausgebildeten Grundkörper 38 werden auch als Treibglieder bezeich net.

Die Treibglieder 38 werden über die Verbindungsglieder 39 verbunden. Im Ausführungsbei spiel sind die Verbindungsglieder 39 über Nietbolzen mit den Treibgliedern 38 verbunden.

Die Nietbolzen ermöglichen eine Drehung der Treibglieder 38 relativ zu den Verbindungsglie dern 39 um eine Drehachse, die durch das Zentrum der Nietbolzen verläuft. Die Bearbei tungssegmente 37 sind fest mit den Treibgliedern 38 verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen.

Die Trennschleifkette 36 wird über eine Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeuggerät ver bunden und im Betrieb vom Werkzeuggerät in einer Drehrichtung angetrieben. Während der Drehung der Trennschleifkette 36 wird die Trennschleifkette 36 in ein zu bearbeitendes Werkstück bewegt. FIGN. 5A-C zeigen ein Bearbeitungssegment 41 in einer dreidimensionalen Darstellung (FIG. 5A), in einer Ansicht auf eine Oberseite des Bearbeitungssegmentes 41 (FIG. 5B) und in einer Ansicht auf eine Seitenfläche des Bearbeitungssegmentes 41 (FIG. 5C).

Das Bearbeitungssegment 41 entspricht vom Aufbau und der Zusammensetzung den Bear beitungssegmenten 11A, 21 A, 21 B, 31 , 37; das als Bohrring ausgebildete Bearbeitungsseg ment 11 B unterscheidet sich durch seinen ringförmigen Aufbau vom Bearbeitungssegment 41. Die Bearbeitungssegmente können sich in den Abmessungen und in den Krümmungen der Oberflächen voneinander unterscheiden. Der grundsätzliche Aufbau der erfindungsge mäßen Bearbeitungssegmente wird anhand des Bearbeitungssegmentes 41 erklärt und gilt für die Bearbeitungssegmente 11A, 11 B der FIGN. 1A, B, für die Bearbeitungssegmente 21 A, 21 B der FIGN. 2A, B, für das Bearbeitungssegment 31 der FIG. 3 und für das Bearbei tungssegment 37 der FIG. 4.

Das Bearbeitungssegment 41 ist aus einer Bearbeitungszone 42 und einer Neutralzone 43 aufgebaut. Die Neutralzone 43 ist erforderlich, wenn das Bearbeitungssegment 41 mit dem Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges verbunden werden soll; bei Bearbeitungsseg menten, die beispielsweise durch Löten oder Kleben mit dem Grundkörper verbunden wer den, kann die Neutralzone 43 entfallen. Die Bearbeitungszone 42 ist aus einem ersten Mat rixwerkstoff 44 und ersten Hartstoffpartikeln 45 aufgebaut und die Neutralzone 43 ist aus ei nem zweiten Matrixwerkstoff 46 ohne Hartstoffpartikel aufgebaut.

Unter dem Begriff "Hartstoffpartikel" werden sämtliche Schneidmittel für Bearbeitungsseg mente zusammengefasst; dazu gehören vor allem einzelne Hartstoffpartikel, Verbundteile aus mehreren Hartstoffpartikeln und beschichtete oder gekapselte Hartstoffpartikel. Unter dem Begriff "Matrixwerkstoff" werden sämtliche Werkstoffe zum Aufbau von Bearbeitungs segmenten zusammengefasst, in die Hartstoffpartikel eingebettet werden können. Mat rixwerkstoffe können aus einem Werkstoff bestehen oder als Gemisch aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt sein.

Bearbeitungssegmente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes hergestellt werden, weisen eine Schicht mit ersten Hartstoffpartikeln 45 auf, weitere Schichten mit ersten Hartstoffpartikeln 45 sind nicht vorgesehen. Als "erste Hartstoffpartikel" werden die Hartstoffpartikel des Bearbeitungssegmentes 41 bezeichnet, die nach der Herstellung des Bearbeitungssegmentes an der Oberseite einen Überstand gegen über dem ersten Matrixwerkstoff 44 aufweisen. Hartstoffpartikel, die beim Bearbeitungsseg ment 41 vollständig in den ersten Matrixwerkstoff 44 eingebettet sind, fallen nicht unter die Definition der ersten Hartstoffpartikel. Das Bearbeitungssegment 41 wird mit einer Unterseite 47 mit dem Grundkörper des Bear beitungswerkzeuges verbunden. Bei Bearbeitungssegmenten zum Kernbohren und Bearbei tungssegmenten zum Abtragen ist die Unterseite der Bearbeitungssegmente in der Regel eben ausgebildet, wohingegen die Unterseite bei Bearbeitungssegmenten zum Sägen eine Krümmung aufweist, um die Bearbeitungssegmente an der gekrümmten Stirnfläche der ring- oder scheibenförmigen Grundkörper befestigen zu können.

Die ersten Hartstoffpartikel 45 sind gemäß einem definierten Partikelmuster im ersten Mat rixwerkstoff 44 angeordnet (FIG. 5B) und weisen an einer der Unterseite 47 gegenüberlie genden Oberseite 48 des Bearbeitungssegmentes 41 einen Überstand Ti gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff 44 auf. Im Ausführungsbeispiel der FIGN. 5A-C umfasst das Bearbei tungssegment 41 eine Anzahl von 9 ersten Hartstoffpartikeln 45, die an der Oberseite 48 überstehen. Die Anzahl der ersten Hartstoffpartikel 45 und das definierte Partikelmuster, in dem die ersten Hartstoffpartikel 45 im ersten Matrixwerkstoff 44 angeordnet sind, sind an die Anforderungen des Bearbeitungssegmentes 41 angepasst. Die ersten Hartstoffpartikel 45 entstammen in der Regel einer Partikelverteilung, die durch einen minimalen Durchmesser, einen maximalen Durchmesser und einen mittleren Durchmesser charakterisiert ist.

Aufgrund der Partikelverteilung der ersten Hartstoffpartikeln 45 zwischen dem minimalen und maximalen Durchmesser können die Überstände der ersten Hartstoffpartikel 45 entspre chend variieren. Im Ausführungsbeispiel weisen sämtliche ersten Hartstoffpartikel 45 einen Überstand von mehr als 400 mhi gegenüber dem umgebenden ersten Matrixwerkstoff 44 auf.

Die in den FIGN. 1A, B, FIGN. 2A, B, FIG. 3 und FIG. 4 gezeigten erfindungsgemäßen Bear beitungswerkzeuge, die für die Bearbeitung von Betonwerkstoffen vorgesehen sind, weisen eine definierte Drehrichtung auf. In Drehrichtung des Bearbeitungswerkzeuges betrachtet kann zwischen einem vorderseitigen Bereich und einem rückseitigen Bereich eines Hartstoff- partikels 45 unterschieden werden. Das Bearbeitungssegment 41 eignet sich aufgrund sei ner Geometrie mit einer ebenen Unterseite als Bohrsegment für die Kernbohrkrone 10A.

Die Drehrichtung 14 der Kernbohrkrone 10A definiert einen vorderseitigen Bereich 51 und einen rückseitigen Bereich 52. Die Bearbeitung von Betonwerkstoffen erfolgt in den vorder seitigen Bereichen 51 der ersten Hartstoffpartikel 45 und die Bearbeitungsrate hängt wesent lich von der Größe des Überstandes der ersten Hartstoffpartikel in den vorderseitigen Berei chen 51 ab. Die ersten Hartstoffpartikel 45 weisen im vorderseitigen Bereich 51 einen vor derseitigen Überstand T_front und im rückseitigen Bereich einen rückseitigen Überstand T_back auf, die im Ausführungsbeispiel übereinstimmen. Alternativ können die ersten Hartstoffparti kel 45 unterschiedliche vorderseitige Überstände T_fr0nt und rückseitige Überstände T_back auf weisen. Die Herstellung des Bearbeitungssegmentes 41 erfolgt mithilfe des erfindungsgemäßen Ver fahrens in zwei Stufen: In einer ersten Stufe wird ein Grünling 53 hergestellt und in einer zweiten Stufe wird der Grünling 53 zum Bearbeitungssegment 41 weiterverarbeitet. FIG. 6 zeigt den Grünling 53 und das Bearbeitungssegment 41. Der Grünling 53 wird aus dem ers ten Matrixwerkstoff 44 und den ersten Hartstoffpartikeln 45 aufgebaut.

FIGN. 7A-C zeigen einige Werkzeugkomponenten, die bei der Herstellung des Bearbei tungssegmentes 41 mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Die Werkzeugkomponenten umfassen einen Unterstempel 61 , eine Matrize 62 und einen Ober stempel 63, wobei der Unterstempel 61 auch als erster Pressstempel und der Oberstempel 63 als zweiter Pressstempel bezeichnet wird. FIGN. 7B und 7C zeigen den Oberstempel 63 im Detail.

Der Aufbau des Grünlings 53 erfolgt in der Matrize 62 mit einer Querschnittsfläche, die der gewünschten Geometrie des Grünlings 53 entspricht. Die Matrize 62 weist an der Unterseite eine erste Öffnung auf, in die der Unterstempel 61 verschiebbar ist, und an der Oberseite eine zweite Öffnung, in die der Oberstempel 63 verschiebbar ist. Der Oberstempel 63 weist in der Pressfläche Vertiefungen 64 auf, deren Anordnung dem definierten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel 45 entspricht.

Der Grünling 53 wird von unten nach oben aufgebaut. Der erste Matrixwerkstoff 44 wird mit hilfe eines Füllschuhs in die Matrize 62 eingefüllt, bis die gewünschte Füllhöhe erreicht ist. In den ersten Matrixwerkstoff 44 werden die ersten Hartstoffpartikel 45 entsprechend dem defi nierten Partikelmuster in die Oberfläche des ersten Matrixwerkstoff 44 platziert und bis zu ei ner gewünschten Einbetttiefe in den ersten Matrixwerkstoff 44 eingebettet. Der fertige Grün ling 53 wird unter Temperatur- und Druckeinwirkung mithilfe des Unterstempels 61 und des Oberstempels 63 zum Bearbeitungssegment 41 weiterverarbeitet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bearbeitungssegmente 41 hergestellt, bei denen bereits die Grünlinge 53 einen Überstand der ersten Hartstoffpartikel 45 gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff 44 aufweisen. Das Heißpressen des Grünlings 53 zum Bearbei tungssegment 41 erfolgt mithilfe des speziellen Oberstempels 63 in einer Pressrichtung senkrecht zur Querschnittsfläche des Grünlings 53. Die Vertiefungen 64 in der Pressfläche des Oberstempels 63 weisen eine Anordnung auf, die dem definierten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel 45 entspricht. Mithilfe des speziellen Oberstempels 63 können die Bearbeitungssegmente 41 erzeugt werden, die für die Trockenbearbeitung von Betonwerk stoffen geeignet sind. Die Vertiefungen 64 sind erforderlich, damit der Überstand der ersten Hartstoffpartikel 45 an der Oberseite 48 beim Heißpressen bewahrt wird. Bei direktem Kontakt zwischen den ersten Hartstoffpartikeln 45 und den Vertiefungen 64 des Oberstempels 63 kann es zu einem erhöhten Verschleiß des Oberstempels 63 kommen. Um den Verschleiß des Oberstempels 63 zu reduzieren, sollte ein direkter Kontakt der ersten Hartstoffpartikel 45 mit dem Oberstempels 63 vermieden werden. Als Maßnahme eignet sich die Verwendung von umhüllten ersten Hartstoffpartikeln 45.

Die Verwendung von umhüllten ersten Hartstoffpartikeln hat den Vorteil, dass die ersten Hartstoffpartikel 45 nicht in direkten Kontakt mit dem Oberstempel 63 kommen und der Ver schleiß des Oberstempels 63 reduziert werden kann. Als Hüllwerkstoff für die ersten Hart stoffpartikel 45 kann der erste Matrixwerkstoff 44 verwendet werden. Alternativ kann ein zweiter Matrixwerkstoff als Hüllwerkstoff für die ersten Hartstoffpartikel 45 verwendet wer den, wobei der zweite Matrixwerkstoff vom ersten Matrixwerkstoff 44 verschieden ist. Bei Verwendung eines Hüllwerkstoffs, der vom ersten Matrixwerkstoff 44 verschieden ist, können Matrixwerkstoffe mit unterschiedlichen Verschleißeigenschaften eingesetzt werden. Der Hüll werkstoff dient zum Schutz des Oberstempels 63 beim Verdichten und sollte beim fertigen Bearbeitungssegment möglichst schnell entfernt werden können, um die ersten Hartstoffpar tikel 45, die den Betonwerkstoff bearbeiten, freizustellen.

Abhängig von den Verschleißeigenschaften des ersten Matrixwerkstoffes 44 kann es wäh rend der Bearbeitung eines Untergrundes mit dem Bearbeitungssegment 41 durch Reibung mit dem Untergrund zu einem verstärkten Verschleiß des ersten Matrixwerkstoffes 44 an den Seitenflächen des Bearbeitungssegmentes kommen. Dieser Verschleiß kann durch zweite Hartstoffpartikel reduziert werden. Die zweiten Hartstoffpartikel können als statistisch ver teilte Partikel dem ersten Matrixwerkstoff 44 beigemischt werden oder die zweiten Hartstoff partikel werden gemäß einem definierten zweiten Partikelmuster im ersten Matrixwerkstoff 44 platziert. Die zweiten Hartstoffpartikel werden insbesondere im Bereich der Seitenflächen des Bearbeitungssegmentes 41 platziert.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Bearbeitungssegmentes (11 A, 11 B; 21 A, 21 B; 31 ; 37;

41) für ein Bearbeitungswerkzeug (10A, 10B; 20A, 20B; 30; 36), wobei das Bearbeitungs segment mit einer Unterseite (47) mit einem Grundkörper (12A, 12B; 22A, 22B; 32; 38) des Bearbeitungswerkzeuges (10A, 10B; 20A, 20B; 30; 36) verbunden wird, mit den Schritten:

^■ ein Grünling (53) wird aus einem ersten Matrixwerkstoff (44) und ersten Hartstoff partikeln (45) aufgebaut, wobei die ersten Hartstoffpartikel (45) gemäß einem defi nierten Partikelmuster im ersten Matrixwerkstoff (44) platziert werden, und

^■ der Grünling (53) wird durch Heißpressen unter Temperatureinwirkung und Druck einwirkung zwischen einem ersten Pressstempel (61), der die Unterseite (47) des Bearbeitungssegmentes formt, und einem zweiten Pressstempel (63), der eine der Unterseite (47) gegenüberliegende Oberseite (48) des Bearbeitungssegmen tes formt, zum Bearbeitungssegment (41) weiterverarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grünling (53) hergestellt wird, bei dem die ersten Hart stoffpartikel (45) gegenüber dem ersten Matrixwerkstoff (44) an der Oberseite (48) einen Überstand aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Heißpressen des Grün lings (53) ein zweiter Pressstempel (63) verwendet wird, welcher in einer Pressfläche Vertiefungen (64) aufweist, wobei die Anordnung der Vertiefungen (64) dem definierten Partikelmuster der ersten Hartstoffpartikel (45) entspricht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Hart stoffpartikel (45) verwendet werden, die von einem Hüllwerkstoff umhüllt sind, wobei der Hüllwerkstoff dem ersten Matrixwerkstoff (44) entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Hart stoffpartikel (45) verwendet werden, die von einem Hüllwerkstoff umhüllt sind, wobei der Hüllwerkstoff vom ersten Matrixwerkstoff (44) verschieden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Matrixwerkstoff (44) zweite Hartstoffpartikel beigemischt werden, wobei ein mittlerer Par tikeldurchmesser der zweiten Hartstoffpartikel kleiner als ein mittlerer Partikeldurchmes ser der ersten Hartstoffpartikel (45) ist.