[0001] Gegenstand der Erfindung bildet ein Schneidsegment für eine Säge zur Steinbearbeitung,
das einen Segmentgrundkörper mit metallisch gebundenen Diamantkörnern aufweist.
[0002] Zum Trennen von Naturstein oder Kunststein wie Beton, werden Trennscheiben in der
Art von Kreissägen benutzt oder beispielsweise Gattersägen, die mit Schneidsegmenten
versehen sind, welche Diamanten enthalten. Insbesondere die Bearbeitung harter Gesteine
wie Granit und Marmor erfordert den Einsatz von Sägen mit Segmenten, die einer sehr
hohen Beanspruchung ausgesetzt sind. Das Verschleißverhalten von diamanthaltigen Segmenten
hängt dabei im wesentlichen ab von der Diamantkörnung und dem Bindungsmaterial sowie
dem Aufbau und der Geometrie der Segmente.
[0003] Bisher wurden diamanthaltige Segmente in der Art von Preßlingen durch Sintern eines
aus einer Metallverbindung bestehenden Sinterpulvers hergestellt, dem Diamantstaub
beigemischt ist. Um den Diamantstaubteilchen eine verbesserte Haftung innnerhalb des
Preßlings, das heißt in der Bindung, zu geben, ist es bekannt, die Diamantstaubteilchen
vor ihrem Vermischen mit dem Sinterpulver mit einem filmartigen Überzug aus einem
das Haftvermögen zwischen den Diamantstaubteilchen und dem Sinterpulver verbessernden
Stoff zu versehen. Dabei kommt als Überzugsmaterial insbesondere Nickel oder Kobalt
in Frage. Ein Nachteil ist es jedoch, daß durch derartige bekannte pulvermetallurgische
bzw. Sinterverfahren keine Segmente mit einer besonders hohen Diamantkonzentration
zu erhalten sind, bei denen eine ausreichende Bindung der Diamantkörner gewährleistet
ist.
[0004] Um der Erkenntnis Rechnung zu tragen, daß ein Schneidsegment aus einem Bindungsmaterial
mit gleichmäßig darin verteilter Diamantkörnung in der Regel zuerst an den Kanten
verschleißt, wobei die Außenkanten sich abrunden nach kurzer Einsatzdauer, ist es
bekannt (US - PS 3,028,710), Schneidsegmente zu verwenden, die entsprechend der sogenannten
"Sandwich -Bauweise" aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist. wobei die außenliegenden
Schichten eine höhere Diamantkonzentration aufweisen, als die innen liegenden Schichten.
Auch hierbei handelt es sich jedoch um eine Herstellung der Schichten im pulvermetallurgischen
bzw. im Sinterverfahren, wobei zwar die außenliegenden Schichten eine geringfügige
höhere Diamantkonzentration aufweisen können, als die inneren Schichten, jedoch nur
eine Konzentration von etwa bis zu 2,5 Karat Diamantanteil pro cm³. Diese Schichten
sind dabei relativ stark, das heißt in der Regel uber 0,8 mm dick, da sie sich wirtschaftlich
anders nicht auftragen lassen auf darunterliegenden Schichten, die ebenfalls aus Diamanten
mit einer Metallbindung bestehen, welche nach dem Sinterverfahren hergestellt sind.
Eine Schichtstärke von 0,8 mm als Außenschicht bei pulvermetallurgischer Verarbeitung
von Diamanten in einer Metallbindung wurde jedenfalls dann bisher für notwendig angesehen,
wenn die Sägesegmente eine Länge in der Schnittrichtung aufwesen in der Größe von
40 mm oder mehr, wie es bei Sägen von Hartgestein allgemein üblich ist.
[0005] Bekannt ist weiterhin eine sogenannte Innenlochsäge (US - PS 3,205,624), die im Bereich
des Innenloches einen Diamantbelag aus feinem Korn trägt, der das Blech des Sägeblattes
U - förmig umgibt und auf seinem Mittelsteg, das heißt auf dem Schneidrand eine Beschichtung
von grobkörnigen Diamanten, trägt die in einer Nickelbindung gehalten sind. Dieser
Belag aus feinen Diamanten umgibt demzufolge nicht schützend den Belag, der zum Sägen
benutzt wird, sondern dient allein der Führung des Sägeblattes einer Innenlochsäge.
[0006] Nach der Erfindung wird ein Schutz eines Schneidseg mentes gegen einen Verschleiß
dadurch geschaffen, daß der Segmentgrundkörper mindestens auf ener seiner Außenseiten
ene Verschleißschutzschicht trägt mit einer Stärke 0,1 bis 0,5 mm, die aus galvanisch
nedergeschlagenen Diamanten besteht, deren Körnungsgröße kleiner und deren Diamantanteil
in der Schicht größer ist, als die des Segmentgrundkörpers.
[0007] Durch die Anwendung eines galvanischen Niederschlages der Diamanten in der Art einer
Schutzschicht unter Abscheidung von Metallen wie Kobalt oder Nickel läßt sich die
Stärke der Seitenschutzschicht nach oben hin, beispielsweise auf maximal 0,5 mm genau
begrenzen, wobei vorzugsweise Schichtstärken Anwendung finden können in der Größenordnung
von 0,2 bis 0,5 mm. Dabei besteht die Möglichkeit, fur den Seitenschutz der Segmente
eine wesentlich höhere Diamantkonzentration ausnutzen zu können, als es bisher möglich
erschien und zwar eine Konzentration von 150 bis 200, die gleichbedeutend ist mit
einem Diamantanteil von 6,6 bis 8,8 Karat/cm³. Eine so hohe Diamantdichte ist insbesondere
dann zu errei chen, wenn die galvanisch niedergeschlagene Verschleißschutzschicht
aus Diamantkörnern besteht, deren Oberfläche durch Ätzen im Reduktionsverfahren mit
porenförmigen Vertiefungen auf mindestens das Doppelte der natürlichen Oberflächengröße
erweitert ist, wobei sich dann die Mehrheit der Diamantkörner mit benachbarten Diamantkörnern
innerhalb derselben Schutzschicht unmittelbar zu berühren vermag.
[0008] Das Ätzen von Diamanten ist ansich bekannt, zumal es in gewissen Fällen bei der Verarbeitung
der Diamanten zum Zwecke ihrer Halterung zwangsläufig auftritt. Sofern es sich jedoch
um Verfahren des Ätzens von Diamanten handelt, welche einer Vorbehandlung der Diamanten
dienen zum Zwecke ihrer Aufrauhung, handelt es sich allgemein um Verfahren der Oxydation
von Diamanten, die für den hier gegebenen Zweck nicht ausreichen und sogar nachteilig
sind.
[0009] Zum Ätzen von Diamanten vor ihrer Einbindung ist es beispielsweise nach der DE-OS
18 11861 bekannt, die Ätzung in der Weise durchzufüh ren, daß die Schleifmittel mit
oxydierend wirkenden Stoffen behandelt werden. Dabei ist gedacht an eine Behandlung
von Siliziumkarbid, das mit Natriumperoxyd vermischt wird und erhitzt wird oder stattdessen
in einer Schmelze mit Kaliumnitrad behandelt wird. Weiterhin ist die Behandlung von
Diamantkörnern zum Zwecke ihrer Aufrauhung durch Metalllegierungen bekannt, die mindestens
eine Komponente enthalten, welche dazu neigt, mit der Diamantoberfläche chemisch zu
reagieren. Dabei wird durch reaktive metallische Bindungsmaterialien die Diamantoberfläche
mehr oder weniger stark angegriffen, wobei ein Teil des Diamantkohlenstoffes durch
das Metall abgetragen wird, so daß es zu einer gewissen Rauhigkeit kommt, durch welche
die Bindung des einzelnen Diamantkorns verbessert wird. Allgemein findet derartiges
jedoch unter höheren Temperaturen statt, das heißt Temperaturen die über 900° C liegen,
wobei es dann während der Abkühlung, das heißt nach der Herstellung der Diamantbindung
wieder zu einer Ausscheidung kommt des vom Metall gelösten oder aufgenommenen Kohlenstoffes
an der Grenzfläche zwischen Diamant und der metallischen Bindung, was von Nachteil
ist, weil dieser ausgeschiedene Kohlenstoff keine wesentliche Festigkeit besitzt.
Deshalb wird also an der Grenzfläche zwischen Diamantkorn und Bindung keine wirksame
Verbesserung der Hafteigenschaften erreicht.
[0010] Ein gewisses Aufrauhen von Diamantkörnern findet im übrigen ohnehin statt, wenn sie
im Sinterverfahren von einer Metallpulvermatrix umgeben werden und das Metallpulver
beispielsweise aus Kobalt oder einer Legierung davon besteht.
[0011] Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Ätzen besteht darin, die Diamantkörner in einem
Ofen freiliegend zu erhitzen, wobei die Ofenatmosphäre aus Sauerstoff besteht oder
einem sauerstoffhaltigen Gas wie z. B. Luft. Auch hier handelt es sich letzthin um
eine Verbrennung des Diamantkohlenstoffes zu Kohlenmonoxyd, bei dem Diamantmaterial
abgetragen wird und geringfügige Ätzengruben entstehen.
[0012] Demgegenüber werden bei den erfindungsgemäßen Segmenten Diamantkörner verwendet,
die nicht durch ein Oxydationsverfahren, sondern durch ein sogenanntes Reduktionsverfahren
bzw. einer Hydrierung derart starke und tiefe Poren aufweisen, daß ihre Gesamtoberfläche
wesentlich größer ist, als das Doppelte der natürlichen Oberfläche.
[0013] Eine derartige Ätzung im Reduktionsverfahren erfolgt dadurch, daß die Diamantkörner
in einem Metallpulver eingebettet bei einer Temperatur oberhalb von 700° C einem Strom
von Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas ausgesetzt werden. Als Metall
kommen insbesondere solche in Betracht, die geeignet sind zur Bildung von Karbid,
so daß sich unter Bildung eines Karbids Diamantkohlenstoffatome aus dem Diamant in
das Metall diffundieren können, wobei danach das Metall den Wasserstoff aktiviert,
so daß dieser sich mit dem im Metall gelösten Kohlenstoff verbinden kann und diesen
als Gas fortspült. Dadurch bleiben die an der Reaktion beteiligten Metallpartikel
aufnahmefähig für weiteren Kohlenstoff, der an der Berührungsstelle vom Diamant zum
Metall diffundiert. Dabei fressen sich die Metallteilchen punktuell in die Diamantoberfläche
hinein und verursa chen eine für die hier in Betracht kommenden Zwecke vorteilhafte
Topografie.
[0014] Derartige vorbehandelte Diamantkörner lassen sich besonders vorteilhaft in galvanisch
abzuscheidenden Metallen wie Nickel und Kobalt binden, da dieses Bindungsmaterial
in die Poren eindringt, nach dem die Diamantkörner zuvor beispielsweise mit einer
Säure gereinigt sind.
[0015] Dafür können synthetische wie auch natürliche Diamanten Verwendung finden, jedoch
hat ihre Weiterverarbeitung in hoher Konzentration in pulvermetallurgisch hergestellten
Bindungen keinen besonderen Nutzen bisher erkennen lassen.
[0016] Ein wesentlicher Vorteil ist es, daß sich Diamantkörnungen von wesentlich geringerer
Größe verwenden lassen, als es bisher notwendig erschien. Es ist deshalb beispielsweise
möglich für die Schutzschichten Diamantkörner von wesentlich geringerer Korngröße
zu verwenden, als der Größe der Diamantkörner des Segmentgrundkörpers, in dem die
größeren Diamantkörner nach wie vor insbesondere pulvermetallurgisch gebunden sein
können. Die erfindungsgemäßen Segmente können demzufolge beispielsweise Schutzschichten
aufweisen, in denen die Diamantkörner eine Korngröße haben von 10 bis 200 µm und die
Diamantkörner im Segmentgrundkörper eine Größe von 300 bis 1.000 µm, wobei die Schichtstärke
einer Schutzschicht etwa 0,2 bis 0,5 mm betragen kann, auch wenn die Segmente eine
Länge haben von etwa 40 mm. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß die
Diamanten in der Schutzschicht durch die zusätzlich getroffenen Maßnahmen eine extreme
Haftung aufweisen, so daß sie sich nicht so schnell verbrauchen, wie der übrige Grundkörper
des Segmentes.
[0017] Den Schutzschichten kommt damit, sobald sie parallel zur Schnittrichtung ausgerichtet
sind, auch eine Führungsfunktion zu, da sie im Sinne von Leitwänden wirksam sind.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß durch den extrem festen Sitz der besonders vorbehandelten
Diamanten in der galvanischen Bindung der Schutzschicht der Ausnutzungsgrad des für
die Steinbearbeitung eingesetzten hochwertigen und teuren Diamantmaterials beachtlich
erhöht wird. Daraus resultiert eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Steinbearbeitung
unter Einsatz solcher mit den genannten Seitenschutz versehene Segmente.
[0018] Durch die besondere Härte der Seitenschutzschichten werden Abnutzungen an den Kanten
nicht nur verhindert, sondern es ergibt sich durch die hohe Standzeit der extrem harten
Seitenschutzschichten eine zusätzliche Seitenführung, durch welche die Schnittleistung
verbessert wird und die Abtragsleistung der Werkzeuge bei einer Steinbearbeitung wesentlich
erhöht wird.
[0019] Schließlich ist es ein Vorteil, daß die Schneidelemente umso kürzer ausgebildet sein
können, je höher der Diamantanteil ist, wobei extreme Werte zu erzielen sind, wenn
das gesamte Segment so ausgebildet ist, wie die vorbeschriebenen Schutzschichten.
Demgemäß können für die neuartigen Schneidsegmente Regellängen in Schnittrichtung
in der Größenordnung von 4 bis 20 mm in Betracht kommen im Gegensatz zu bisher üblichen
Längen von 40 mm.
[0020] Die Anordnung der Verschleißschtzschichten ist nicht beschränkt auf die parallel
zur Schnittrichtung ausgerichteten Wände eines Schneidelementes. Nach der Erfindung
ist vielmehr auch vorgesehen, die Stirnflächen eines Schneidsegmentes mit einer Verschleißschutzschicht
zu versehen, die aus galvanischen niedergeschlagenen Diamanten in hoher Konzentration
bestehen. In derartigen Fällen kommt den Verschleißschutzschichten nicht zusätzlich
eine Führungsfunktion zu, wie den seitlich angeordneten Schutzschichten, sondern insbesondere
eine Schutzfunktion für die übrigen Bestandteile bzw. Zonen des Schneidsegmentes.
Dabei kann ein einzelnes Schneidsegment auf seiner Vorder- wie auch auf seiner Rückseite
mit einer Schutzschicht versehen sein, wie es dann zweckmäßig ist, wenn das Schneidelement
Verwendung findet an einem hin- und hergehenden bzw. sich hin- und herbewegenden
Werkzeug wie beispielsweise einer Gattersäge.
[0021] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung
beschrieben. In dieser zeigen:
Figur 1: ein Teilausschnitt einer Trennsäge;
Figur 2: ein Teilausschnitt einer Kreissäge;
Figur 3: ein Teilausschnitt einer Gattersäge;
Figur 4: ein Segment mit zwei außenliegenden Schutzschichten im Querschnitt;
Figur 5: ein Segment mit vier Schutzschichten in der Draufsicht;
Figur 6: ein Segment mit einer in einer Ebene angeordneten Diamanten und vier Schutzschichten
in der Draufsicht;
FIgur 7: ein Segment mit drei Schutzschichten im Querschnitt und
Figur 8: ein Segment, das vollständig aus Schutzschichtmaterial besteht.
[0022] In der Figur 1 ist eine Trennsäge wiedergegeben, deren Sägeblatt 2 radial vorstehende
Zähne aufweist, welche jeweils auf ihrer Stirnseite ein Schneidsegment 4 tragen. Bei
der Ausführungsform nach Figur 2 sind die Schneidsegmente auf den Außenseiten der
Zähne aneordnet und bei der Gattersäge nach Figur 3 sind die Schneidsegmente 4 auf
der Unterseite der Zähne angeordnet.
[0023] Diese Schneidsegmente 4 können entsprechend den Ausführungsformen Figur 4 bis 8 von
unterschiedlicher Beschaffenheit sein. Ihnen gemeinsam ist jedoch, daß sie in bestimmten
Bereichen galvanisch niedergeschlagene Diamantkörner von geringem Durchmesser tragen,
die durch eine künstliche Aufrauhung eine so stark vergrößerte Oberfläche aufweisen,
daß sie in einer Konzentration angeordnet sind, in der sich die Mehrzahl von ihnen
unmittelbar miteinander bzw. den neben ihnen liegenden Körnern berührt.
[0024] Das Segment nach Figur 4, das Anwendung finden kann bei einer Kreissäge entsprechend
Figur 2 oder einer Gattersäge nach Figur 3, besteht aus einem Segmentgrundkörper 7,
der Einzeldiamanten enthält, die pulvermetallurgisch bzw. im Sinterverfahren gebunden
sind. Zum Schutze dieses Segmentgrundkörpers 7 sind zwei Verschleißschutzschichten
8 und 9 angeordnet, die parallel zur Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Diese Verschleißschutzschichten
haben eine Stärke von lediglich 0,3 mm, jedoch einen Diamantanteil in der Größenordnung
von 8 Karat/cm³. Dafür sind die einzelnen Diamantkörner vor ihrer galvanischen Bindung
in Nickel oder Kobalt künstlich aufgerauht und zwar soweitgehend, daß die künstlich
erzeugte Oberfläche größer ist als das Doppelte der natürlichen Oberfläche. Dies
erfolgt durch Ätzen nach einem Hydrierverfahren, nach welchem die Diamantkörner in
einem vorzugsweise karbidbildenden Metallpulver eingebettet einer Hitze von etwa 700°
C ausgesetzt sind, sowie einem Strom von Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen
Gas.
[0025] Das Segment nach Figur 5 weist zusätzlich zu den beiden seitlich aneordneten Schutzschichten
eine vordere und eine hintere Schutzschicht 10 bzw. 11 auf und ist dadurch geeignet
für die Anordnung an einer Gattersäge entsprechend Figur 3, die sich entsprechend
dem Doppelpfeil 5 und 6 hin- und herbe wegt, wobei wechselweise die Funktionen der
Schutzschichten 10 und 11 ausgenutzt werden. Darüber hinaus tragen auch in diesem
Fall die Seitenschutzschichten 8 bzw. 9 zur seitlichen Führung bei und verhindern
eine Abrundung der Kanten des Segmentes, da diese Seitenschichten härter sind als
die übrigen Bestandteile des Segmentes.
[0026] Die Ausführung nach Figur 6 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen im wesentlich
dadurch, daß der Segmentgrundkörper aus einer in einer Ebene angeordneten Schicht
von Diamanten besteht. Diese Diamantschicht, die aus Körnern mit einem Durchmesser
von beispielsweise 1.000 µm besteht, ist allseitig umgeben von Schutzschichten 8,
9, 10 und 11, welche wie vorbeschrieben aus Diamanten wesentlich geringerer Korngröße
und höherer Diamantanteile besteht, die galvanisch gebunden sind. Auch ein solches
Segment ist, wie die Ausführungsform nach Figur 5, geeignet, für eine hin- und hergehende
Bewegung, das heißt beispielsweise für eine Gattersäge 3.
[0027] Die Figur 8 zeigt ein Segment in der Draufsicht, das allgemein für Sägen bestimmt
ist und dafür sich vollständig zusammensetzt aus dem Material der vorbeschriebenen
Schutzschichten. Dieses Segment besteht also aus Diamantkörnern geringen Durchmessers
wie von etwa 100 µm, die künstlich aufgerauht sind und galvanisch gebunden sind in
einem Metall wie Kobalt der Nickel und zwar in einer Konzentration von annähernd 10
Karat/cm³. Dafür sind diese Diamantkörner zuvor aufgerauht in der vorbeschriebenen
Art und Weise.
1. Schneidsegment (4) für eine Säge zur Steinbearbeitung, das einen Segmentgrundkörper
(7) mit metallisch gebundenen Diamantkörnern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Segmentgrundkörper (7) mindestens auf einer seiner Außenseiten eine Verschleißschutzschicht
(8 bis 11) trägt mit einer Stärke 0,1 bis 0,5 mm, die aus galvanisch niedergeschlagenen
Diamanten besteht, deren Körnungsgröße kleiner und deren Diamantanteil in der Schicht
größer ist, als die des Segmentgrundkörpers (7).
2. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch niedergeschlagene
Schutzschicht (8 bis 11) aus Diamantkörnern besteht, deren Oberfläche durch Ätzen
im Reduktionsverfahren mit porenförmigen Vertiefungen auf mindestens das Doppelte
der natürlichen Oberlfächengröße erweitert ist, wobei sich die Mehrheit der Diamantkörner
mit benachbarten Diamantkörnern innerhalb der Schutzschicht unmittelbar berührt.
3. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diamantanteil
in den Schutzschichten (8 bis 11) 5 bis 10 Karat/cm³ beträgt.
4. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der
Diamantkörner der Schutzschicht (8 bis 11) geringer ist, als die halbe Korngröße der
Diamantkörner des Segmentgrundkörpers (7).
5. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner
in einer Schutzschicht (8 bis 11) eine Korngröße haben von 10 bis 200 µm und die Diamantkörner
im Segmentgrundkörper (7) von 300 bis 1.000 µm.
6. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamanten des
Segmentgrundkörpers (7) in einer einzigen Ebene angeordnet sind und Schutzschichten
(8 bis 11) auf einer oder mehreren Seiten der Diamanten des Grundkörpers (7) angeordnet
sind.
7. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichten
(8, 9) an den Außenseiten des Schneidsegmentes (4) parallel zu der Schnittrichtung
(5, 6) verlaufend angeordnet sind.
8. Schneidsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht
(10, 11) an der Stirnseite eines Schneidsegmentes (4) quer zu der Schnittrichtung
(5) verlaufend angeordnet ist.
9. Schneidsegment für eine Säge zur Steinbearbeitung, das metallische gebundene Diamantkörner
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Segmentgrundkörper aus galvanisch
niedergeschlagenen Diamanten besteht, die durch eine vorausgegangene porenbildende
Ätzung auf eine über das Doppelte der natürlichen Größe aufgerauhte Oberfläche aufweisen
und in einer Diamantkonzentration von über 5 Karat/cm³ angeordnet sind.