Bimetallband zur Herstellung von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bimetallband zur Herstellung von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln und die Verwendung des Bimetallbandes zur Herstellung der Sägeblätter, Sägebänder oder Streichrakeln.

2. Hintergrund der Erfindung

Zur Fertigung von Sägeblättern oder Sägebändern mit harten und verschleißfesten Zahnspitzenbereichen wird in speziellen Anwendungen ein Verbundstahlblatt oder Verbundstahlband eingesetzt. In ganz speziellen Anwendungen werden zur Fertigung von Streichrakeln ebenfalls Verbundstahlbänder mit einer harten und verschleißfesten Kante als Rakelbereich verwendet. An der Kante eines Trägerbandes aus zähfestem, elastischen Stahl ist zu diesem Zweck ein Streifen aus einem Schneid- oder Rakelwerkstoff angeschweißt oder angelötet. Da dieses Verbundstahlblatt oder Verbundstahlband aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht, wird es im Folgenden als Bimetallband bezeichnet.

Zur Herstellung eines Sägeblattes oder -bandes wird aus dem oben genannten Bimetallband ein Zahnprofil bzw. eine Zahnkontur entsprechend dem späteren Sägeblattes oder -bandes herausgefräst oder herausgeschliffen. Die auf diese Weise entstehenden Zähne umfassen Spitzenbereiche bestehend aus Schneidmaterial, beispielsweise HSS-Stahl, wobei der Rest des Sägeblattes aus dem zähfesten elastischen Stahl des Trägerbandes besteht. Aufgrund der Verwendung von beispielsweise HSS-Stahl bzw. anderen Schneidwerkstoffen weisen die späteren Zahnspitzenbereiche der daraus gefertigten Sägeblätter oder Sägebänder oder die Kanten

vom Streichrakeln eine hohe Verschleißfestigkeit auf was zu einer hohen Lebensdauer dieser Produkte führt.

Das oben beschriebene Herstellungsverfahren von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln ist aufgrund der separaten Herstellung des Schneidbereichs und des Anlöten oder Anschweißen desselben technisch aufwendig und kostenintensiv.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die technische Aufgabe, ein Bimetallband zur Herstellung von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln bereitzu- stellen, das einfacher und kostengünstiger gefertigt werden kann. Daneben soll das Bimetallband eine gleich bleibend hohe Qualität aufweisen. Schließlich soll das Bimetallband verglichen mit dem Stand der Technik geringeren Arbeits- und Logistikaufwand bei geringeren Rüstzeiten erfordern und flexibel mit unterschiedlichen Schneid/Rakelmaterial und -Materialbreiten herstellbar sein.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Diese technischen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden vom Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu finden.

Insbesondere werden die oben genannten Aufgaben durch ein Bimetallband mit einem Abschnitt aus einem Trägerbandmaterial und einem Abschnitt aus einem Schneidmaterial gelöst. Das erfmdungsgemäße Bimetallband wird durch ein Ver- fahren hergestellt, welches die folgenden Schritte aufweist:

a. Einlegen von Zwischenblechen aus dem Schneidmaterial in eine Gießform;

b. Eingießen einer Metallschmelze aus dem Trägerbandmaterial in die Gieß- form, wobei die Zwischenbleche lediglich teilweise aufschmelzen, bei der

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Erstarrung eine metallurgische Verbindung mit dem eingegossenen Trägerbandmaterial eingehen und einen Gussblock bilden;

c. Entnehmen des Gussblockes aus der Gießform;

d. Walzen des Gussblockes zu einem Verbundband, wobei das Verbundband abwechselnd Abschnitte aus Trägerbandmaterial und Abschnitte aus Schneidmaterial aufweist; und

e. Teilen des Verbundbandes durch die Abschnitte aus Schneidmaterial, wobei mehrere Bimetallbänder entstehen.

Damit wird ein Bimetallband bereitgestellt, von dem bei nur einem Durchlauf durch eine Gieß- und Walzanlage gleichzeitig eine sehr große Menge von Bime- tallbändern hergestellt werden können. Einer der Hauptvorteile des Verfahrens liegt darin, dass der aufwändige Proßessschritt des Anschweißens des Schneidmaterials an das Trägerbandmaterials entfällt. Die eingelegten Zwischenbleche aus dem Schneidmaterial verschweißen quasi automatisch mit dem Trägerbandmaterial, wenn dieses eingegossen wird. Dies führt zu deutlich geringeren Rüst- und Transportzeiten und es wird deutlich weniger Vormaterial verbraucht. Der Walzvorgang wird nur noch von einer Komponente durchlaufen, der die mindestens zwei unterschiedlichen Stahlsorten bereits enthält. Nach dem Walzen braucht das entstandene Verbundband lediglich noch in die gewünschten Bimetallbänder getrennt zu werden.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass das Schneidmaterial nicht mehr in der Form von Flachdraht verwendet wird. Stattdessen kann simples Blech aus dem Schneidmaterial verwendet werden, was nur ein Drittel der Anschaffungskosten bedeutet.

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Die Herstellung kann vollautomatisch ablaufen, ohne manuelle Tätigkeiten zu benötigen, und ist daher sehr kostengünstig. Es werden Bimetallbänder mit einer gleichbleibend hohen Qualität bereitgestellt, da manuelle Betätigungen entfallen. Weiterhin wird für die Herstellung der Bimetallbänder fast kein Abfallmaterial erzeugt.

Zusätzlich ist die Verbindung von Schneidmaterial und Trägerbandmaterial besonders hoch belastbar, da sie schon am Anfang des Herstellungsprozesses beim Gießen des Trägerbandmaterials entsteht. Die weiteren Walzvorgänge vom Guss- block zum Verbundband und schließlich zum Bimetallband beeinträchtigen diese bestehende Verbindung nicht mehr.

In einer bevorzugten Ausführungsform geschieht das Eingießen der Metallschmelze in die Gießform steigend, das heißt von unten, und damit weniger turbu- lent als bei Eingießen von oben. Dadurch erfolgt das teilweise Aufschmelzen der Zwischenbleche auf eine kontrollierte Weise, wodurch die spätere Dicke des Schneidmaterials im Gussblock genauer definiert werden kann.

Die Temperatur der eingegossenen Metallschmelze liegt bevorzugt unter oder im Bereich der Schmelztemperatur des Schneidmaterials, wobei durch die Dimensionierung der Zwischenblech in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien und der Gießtemperatur ein völliges Aufschmelzen des Schneidmaterials ausgeschlossen wird.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform schmilzt 0,1 - 50 %, bevorzugt 0,2 - 30 %, bevorzugter 0,3 - 15 % und besonders bevorzugt 0,5 - 5 % der jeweiligen Dicke der Zwischenbleche beim Gießen auf. Die Metallschmelze erstarrt also in der Gießform bevor die Zwischenbleche vollständig aufschmelzen. Gewünscht ist ein großflächiges, aber lokales Aufschmelzen, welches zu einer metallurgische Verbindung, das heißt zu einem Verschweißen der beiden Stahlsorten führt.

Im Allgemeinen sollte das Aufschmelzen zwar ausreichend groß sein, um eine gute Verbindung der Zwischenbleche mit dem Trägerbandmaterial zu gewährleisten, jedoch sollte es so gering wie möglich sein, damit das Trägerbandmaterial nicht signifikant durch das aufgeschmolzene Schneidmaterial auflegiert wird. Ei- ne zu hohe Legierung des Trägerbandmaterials würde die Biegewechsel- /Dauerfestigkeit des Trägerbandes beeinträchtigen, was zu einem Ausbrechen von Zähnen einer Säge fuhren könnte.

Bevorzugt können die Strömungsverhältnisse im Schmelzpool durch elektromag- netische Felder gesteuert werden, um die Turbulenzen in der ansteigenden Metallschmelze in der Gießform noch weiter zu beruhigen und das Anschmelzen der Zwischenbleche zu steuern.

Die Zwischenbleche weisen bevorzugt einen bikonvexen Querschnitt und/oder in Gießrichtung eine abnehmende Dicke auf. Durch diese Maßnahmen können die Zwischenbleche an die in der Gießform unterschiedlich verlaufenden Erstarrungsgeschwindigkeiten angepasst werden. üblicherweise erstarrt ein Gussblock zuletzt in der Mitte. Durch die Geometrie der eingelegten Zwischenbleche werden mögliche Form- und Dimensionsveränderungen während der nachfolgenden Erstarrung, Schrumpfung, Umformung und möglichen weiteren Wärmebehandlungen ausgeglichen.

Die Zwischenbleche können, je nach gewünschter Abmessung des Bimetallbandes, gleichmäßig oder ungleichmäßig voneinander beabstandet sein und/oder die gleiche oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Der Abstand der Zwischenbleche und ihre Dicke bestimmen die späteren Breiten der Schneid- und Trägerbandmaterialabschnitte der Bimetallbänder aus.

Weiterhin werden die eingelegten Zwischenbleche bevorzugt durch Abstandshal- ter, Klemmen und/oder Zentrierungen von allen Seiten gehalten, die während des

Eingießens vollständig aufschmelzen. Die Abstandshalter, Klemmen und/oder

Zentrierungen verhindern ein Verschieben oder Verkippen der Zwischenbleche beim späteren Eingießen der Metallschmelze. Als Material für die Abstandshalter werden bevorzugt tiefschmelzende metallische Werkstoffe verwendet. Da diese während des Gießvorgangs idealerweise vollständig aufschmelzen, ergeben sich durch sie keine Probleme bei der späteren Verarbeitung.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Walzen des Gussblockes ein Warm- und/oder ein Kaltwalzen. Durch das Walzen wird der Gussblock zu einem Bimetallband umgeformt.

Das Verfahren zur Herstellung des Bimetallbandes kann bevorzugt weiterhin Wärmebehandlungsschritte umfassen. Die Wärmebehandlung dient dazu die Werkstoffeigenschaften zu verbessern oder die Verarbeitbarkeit zu erleichtern.

Bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung des Bimetallbandes ein Richten und/ oder ein Wickeln der Bimetallbänder. Das Richten führt zu geraden und präzisen Bimetallbändern, die für den Transport und die Lagerung zu einem sog. Coil aufgewickelt werden können.

Weiterhin wird die technische Aufgabe der Erfindung durch die Verwendung eines oben beschriebenen Bimetallbands zur Herstellung von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln gelöst. Die Verwendung von Bimetallbändern in der Produktion von Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakeln fuhrt zu deutlich kostengünstigeren Sägeblättern, Sägebändern oder Streichrakel, da die Herstel- lung der Bimetallbänder deutlich kostengünstiger ist, als die übliche Herstellung solcher Bimetallbänder

4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Gießform zum steigenden Gießen, in die Zwischenbleche eingelegt sind;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Gußblocks aus zwei, sich abwechselnden Stahlsorten;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer bevorzugte Ausführungsform eines Verbundbandes;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Bimetallbandes nach dem Trennen; und

Fig. 5 eine bevorzugte Querschnittsform eines Zwischenblechs im Schnitt A-A aus Fig. 1.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfin- düng unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Gießform 3, in die Zwischenbleche 5 aus Schneidmaterial eingelegt sind. Bei den Zwischenblechen 5 handelt es bevorzugt sich um metallisch blank geschliffene, zunderfreie Bleche zur Vermeidung nichtmetallischer Lunker zwischen den verschiedenen Metallsorten. Zur Vermeidung von Oxideinschlüssen können die Gießschritte oder die gesamte Herstellung unter Schutzgas oder im Vakuum durchgeführt werden.

Die Zwischenbleche 5 sind bevorzugt zwischen 8-15 mm dick und werden in den gewünschten Abständen zueinander angeordnet. Bevorzugt werden die Zwischen-

bleche 5 in einem Abstand angeordnet, der in etwa der doppelten Breite des später herzustellenden Bimetallstreifens entspricht.

Die Zwischenbleche 5 können einen bikonvexen Querschnitt, wie er in Fig. 5 bei- spielhaft dargestellt ist, aufweisen. Hierbei nimmt die Dicke D im Querschnitt von innen nach außen ab, um die beim Gießen vorherrschende langsamere Erstarrung der Schmelze in der Mitte der Gussform 3 entgegen zu wirken. Der bikonvexe

Querschnitt erlaubt, dass die Zwischenbleche 5 in der Mitte stärker anschmelzen als am Rand, jedoch im erstarrten Gußblock 12 das verbleibende Schneidmaterial 8 überall gleich dick ist.

Aus dem gleichen Grund können die Zwischenbleche 5 in Gießrichtung G eine abnehmende Dicke D aufweisen, um an die in der Gießform 3 unterschiedlich verlaufende Erstarrungsgeschwindigkeiten angepasst zu sein. Sie können gleich- mäßig oder ungleichmäßig voneinander beabstandet sein, und/oder die gleiche oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Die Zwischenbleche 5 aus Schneidmaterial können auch Knicke, Stufen oder Wölbungen aufweisen.

Um die eingelegten Zwischenbleche 5 beim Gießen in der Gießform 3 zu fixieren, werden sie durch Abstandshalter, Klemmen und/oder Zentrierungen 16 in Position gehalten und mittels eines Gehänges 18 in die Gießform 3 gehängt. Die An- standshalter 16 werden derart ausgelegt, dass sie im Laufe des Gießens vollständig aufschmelzen, sobald sich die Schmelze nach dem Gießen beruhigt hat.

Der Einguss der Metallschmelze 6 in die Gießform 3 erfolgt bevorzugt steigend, das heißt durch ein Einspeisesystem von unten, wie durch die Pfeile 6 in Fig. 1 angedeutet. Dadurch steigt der Pegel der Metallschmelze 6 in der Gießform 3 weniger turbulent als beim Gießen von oben. Das Eingießen der Metallschmelze 6 erfolgt mit definierter Temperatur und Steiggeschwindigkeit und dauert etwa 1 Minute.

Die Strömungsverhältnisse im Schmelzpool können durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden, um z.B. die Turbulenzen in der ansteigenden Metallschmelze 6 in der Gießform 3 noch weiter zu beruhigen.

Die Temperatur der eingegossenen Metallschmelze 6 aus dem Trägerbandmaterial 10 liegt unter oder im Bereich der Schmelztemperatur des Schneidmaterials 8 der Zwischenbleche 5. Daher erstarrt die Metallschmelze 6 in der Gießform 3 bevor die Zwischenbleche 5 vollständig aufschmelzen würden. Entscheidend ist, dass die Dicke D der Zwischenbleche 5 je nach verwendeten Materialien für Schneid- und Trägerbandmaterial und je nach Gießtemperatur und anderen gießtechnischen Einflüssen so gewählt wird, dass nach dem Erstarren des Trägerbandmaterials 10 eine definierte Dicke der Zwischenbleche aus Schneidmaterial 8 im Gußblock 12 verbleibt.

Gewünscht ist lediglich ein großflächiges, aber lokales Aufschmelzen, welches zu einer metallurgische Verbindung, das heißt zu einem Verschweißen der beiden Metallsorten führt. Die Zwischenbleche 5 schmelzen zu 0,1 — 50 %, bevorzugt 0,2 - 30 %, bevorzugter 0,3 - 15 % und besonders bevorzugt zu 0,5 - 5 % ihrer Dicke D beim Gießen auf. Ein völliges Aufschmelzen, was durch Diffusion zu einer Mischung der beiden Metallsorten führen würde soll verhindert werden. Die Zwischenbleche 5 dienen daher nicht nur zur Beruhigung des Schmelzpools sondern bilden eine entscheidende Komponente des späteren Bimetallbandes, nämlich den gewünschten Abschnitt aus Schneidmaterial.

Der Gussblock 12 wird dann aus der Gießform 3 entnommen. Diese Entnahme kann durch eine entsprechende pyramidenförmig oder konisch Form der Gießform 3 und durch entsprechende Beschichtungen erleichtert werden. Dieser Gussoder auch Verbundblock 12 kann zwischen 2,5 bis 5 t wiegen.

Der Gussblock 12, wie er in Fig. 2 beispielhaft im Querschnitt dargestellt ist, wird im Laufe der Walzschritte zu einer sog. Bramme umgeformt. Dieses Umformen

kann Schmieden und/oder Warmumformung bzw. Warmwalzen umfassen. Die Bramme ist zwischen 9 und 15 m lang, 300 bis 340 mm breit und 80 bis 100 mm dick.

Durch das Walzen der Bramme kann das Schneidmaterial 8 seine gewünschte Form verlieren. Es kann möglicherweise z.B. eine bikonvexe, das heißt eine linsenartige Form annehmen. Solchen Effekten kann man entgegenwirken, indem die Zwischenbleche 5 in der entsprechenden Negativform geformt werden.

Die Bramme durchläuft eine Warmwalzstraße um ein Verbundband 14 herzustellen, das in Fig. 3 schematisch im Querschnitt dargestellt ist. Die Temperaturen in der Warmwalzstraße liegen zwischen 1100 und 1150°C. Das Werkstück wird auf eine Dicke von 2,5 bis 4,5 mm heruntergewalzt. Die Breite bleibt in etwa konstant, dafür wird das Verbundband 14 immer länger. Durch das Walzen (warm und/oder kalt) können zusätzlich isotrope oder anisotrope Werkstoffeigenschaften in das zu fertigende Bimetallband eingebracht werden.

Das Verbundband 15 erreicht nach dem Kaltwalzen die Endabmessungen von z.B. 0,65 mm, 0,95 mm, 1,13 mm oder 1,65 mm.

Zum Herstellen der gewünschten Bimetallbänder 1 wird das Verbundband 14 dann im Bereich des Schneidmaterials 8 geteilt, wie in Fig. 3 durch die Teilungslinien 20 angedeutet. Dazu wird das Verbundband 14 gespalten oder geschlitzt.

Der Bereich des Schneidmaterials 8 soll meist mittig geteilt werden. Durch den Walzvorgang können sich aber geringfügige Lageänderungen des Schneidmaterials 8 im Verbundband 14 ergeben. Sind die übergänge zwischen den beiden Metallsorten für das Auge unsichtbar, können die beiden Metallsorten automatisch durch elektrische Leitfähigkeitsmessungen detektiert werden. Die gewünschte Schnittlinie 20 (z.B. die Mitte des Schneidmaterials 8) kann dann z.B. per Laser

markiert werden, und erlaubt so ein präzises Teilen des Verbundbandes 3 zu einzelnen Bimetallbändern 1, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind.

Danach können Schritte des Richtens und Aufwickeins der Bimetallbänder folgen. Weiterhin können mechanische Bearbeitungen der Bimetallbänder, eine weitere Wärmebehandlungen (z.B. Homogenisierungsglühen) nachgeschaltet sein.

Die Bimetallbänder können dann verwendet werden, um daraus Sägeblätter, Sägebänder oder Streichrakeln herzustellen. Für Sägebänder oder Sägeblätter wird an der Kante mit dem Schneidmaterial 8 eine Sägezahnkontur in das Bimetallband 1 eingebracht, so dass die Zahnspitzenbereiche durch Schneidmaterial 8 gebildet werden. Um Streichrakeln herzustellen braucht das Bimetallband 1 lediglich geeignet geschliffen zu werden.

Das Schneidmaterial 8 kann aus gewalzten HSS-Blechen bestehen. Geeignete Materialien für das Schneidmaterial 8 sind die Schnellarbeitsstähle mit den Nummern 1.3207, 1.3247, 1.3299, 1.3243 und 1.3243, wobei die Schnellarbeitsstähle mit den Nummern 1.3207 und 1.3247 bevorzugte Schneidmaterialien 8 für Sägebänder, Sägeblätter und je nach Anwendungsfall auch für Rakelkanten sind.

Bei den Trägerbandmaterialen 10 kommen die folgenden Stähle in Frage:

1.2791 (40CrMo V4- 10) 1.2323 (48CrMoV6-7) 1.8159 (51CrV4)

Bevorzugt werden als Trägerbandmaterial 10 die folgenden Stähle verwendet:

1.2390 (32CrMoV16, 32CrMoV12) 1.2394 (3 OCrMoV 16)

Besonders bevorzugte Kombinationen aus Schneidmaterial 8 und Trägerbandmaterial 10 sind die Kombinationen aus den Stählen 1.3247/1.2390, 1.3247/1.2394, 1.3207/1.2390 und 1.3207/1.2394.

Bezusszeichenliste:

1 Bimetallband

3 Gießform

5 Zwischenblech

6 Metallschmelze

8 Schneidmaterial

10 Trägerbandmaterial

12 Gußblock

14 Verbundband

16 Abstandshalter, Klemmen, Zentrierungen

18 Gehänge

20 Teilungslinie

G Gießrichtung

D Dicke der Zwischenbleche