Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In Deutschland wird j\u00e4hrlich eine gesch\u00e4tzte Menge von ca. 400 t Kobalt aus in Deutschland hergestellten bzw. importierten kobaltgebundenen Diamant-Schneidwerkzeugen freigesetzt.
\nKobalt und Nickel haben stark toxische, allergene bis kanzerogene Eigenschaften. Im Hinblick auf die Anwenderbelastung durch berufsbedingte Exposition und den Umwelteintrag war ein Ersatz oder mindestens eine Reduzierung umweltbelastender Sintermetalle durch unproblematische Stoffe geboten.
\nZielsetzung f\u00fcr dieses Vorhaben war die Substitution von Kobalt und Nickel als Matrixmaterial durch Eisen f\u00fcr ein m\u00f6glichst breites Einsatzspektrum, mit der Folge einer Vermeidung umweltbelastender und gesundheitsbedenklicher Emissionen von Kobalt- und Nickelst\u00e4uben.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBei der Entwicklung und Optimierung der neuen Herstellungsverfahren wurden die im Labor optimierten Methoden anschlie\u00dfend im technischen Ma\u00dfstab umgesetzt und in der Praxis getestet.
\nEs wurden sowohl im Werk als auch bei Anwendern im erheblichen Umfang vergleichende Schneid- und Bohrversuche im Bereich der Natursteine und auch stark armierten Betonen durchgef\u00fchrt.
\nBetrachtet wurden dabei die Schneidfreudigkeit, das Schneidverhalten, erzielbare Zeitspanfl\u00e4chen und Standzeiten\/Verschlei\u00df. Die Maschinenparameter (Lastaufnahme usw.) und S\u00e4ge- bzw. Bohrparameter (Vorschub, Absenkung usw.) wurden elektronisch erfasst und ausgewertet und mit dem beobachteten Verhalten korreliert. Zudem wurden die Schleifwerkzeuge vor und nach dem Einsatz mikroskopisch untersucht, um die Messergebnisse mit den Vorg\u00e4ngen auf der Werkzeugoberfl\u00e4che und dem Verschlei\u00dfverhalten in Einklang zu bringen.
\nUm die in der Praxis \u00fcblichen Fehlereinfl\u00fcsse wie Vibrationen, variable Eintauchtiefen, Materialwechsel, Abweichungen vom geradlinigen Vorschub etc., die einen objektiven Vergleich verschiedenen Bl\u00e4tter unm\u00f6glich machen, weitgehend zu eliminieren, wurde in vielen F\u00e4llen eine Testmaschine in Form einer Br\u00fcckens\u00e4ge verwendet. In anderen F\u00e4llen kamen entsprechende Tischs\u00e4gen und Kernbohrger\u00e4te zum Einsatz.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Als Ersatz der \u00fcblichen Kobalt\/Nickel-Bindungen kamen vor allem Eisen und Eisenlegierungen in Frage. \u00dcbliche Carbonyleisenpulver haben ein schlechtes Handling, geringe mechanische Stabilit\u00e4t und reagieren mit den Graphitformen.
\nDurch Versuche wurde festgestellt, dass bei einer Aufkohlung auf ca. 3-6 % Kohlenstoff des Eisenpulvers die Wechselwirkungen mit den Graphitformen verhindert und die mechanische Stabilit\u00e4t und H\u00e4rte besser wurde (HRB 95-110).
\nDas Granulieren der Pulver f\u00fcr das bessere Handling erwies sich als schwierig. Bei Versuchen mit dem herk\u00f6mmlichen Granulierverfahren nach dem Lawinenprinzip und einem neuen hochenergetischen Verfahren konnten keine Granalien in der ben\u00f6tigten und geforderten Gleichm\u00e4\u00dfigkeit und Stabilit\u00e4t erzeugt werden. Gegen Ende des Vorhabens erwies sich ein Verfahren als erfolgreich, bei dem verfl\u00fcssigtes Pulver (mit Kleber und Alkohol) durch ein Sieb gedr\u00fcckt und wurstartige Granalien erzeugt werden, die auf einem F\u00f6rderband getrocknet werden. Es gelang so gleichm\u00e4\u00dfige, runde Granalien mit geringem verbleibenden Feinanteil zu erzeugen, in die die Diamanten schon zu einem gro\u00dfen Teil eingebettet waren.
\nBei weiteren Untersuchungen wurde festgestellt, dass rollige Partikel entsprechender Gr\u00f6\u00dfe den Granuliervorgang selbst \u00fcberfl\u00fcssig machen k\u00f6nnen. Durch Ersatz eines Teils der Carbonyleisenpulver durch gr\u00f6bere Stahlpulver (50-100 \u00b5m) konnte die Granulierung zum Teil entfallen. Die mechanischen Eigenschaften wurden weiter verbessert. Mit granulierten, aufgekohlten Eisenpulvern war es m\u00f6glich Trennscheiben- und Bohrkronensegmente f\u00fcr allgemeine, weniger anspruchsvolle Baustellenmaterialien zu fertigen. Diese Legierung wird heute auch bei 95 % aller Fu\u00dflegierungen verwendet. Sie l\u00e4sst sich sehr gut schwei\u00dfen und ist durch Hinzuf\u00fcgen von Kupfer auch gut l\u00f6tbar. Es war dadurch m\u00f6glich Kobalt und Nickel aus den bisherigen Fu\u00dflegierungen fast vollst\u00e4ndig zu ersetzen.
\nF\u00fcr Hochleistungsdiamantwerkzeuge war die Bindung der Diamanten im Vergleich zu den dort verwendeten Co- und Ni-Matrizen jedoch nicht ausreichend. Das Problem wurde dadurch gel\u00f6st, dass in eine mechanisch hinreichend best\u00e4ndige Fe-Matrix, mechanisch dauerhaft gefasste, metallumh\u00fcllte Diamantk\u00f6rner eingebettet wurden. Das Beschichten der Diamanten einzeln mit Kobalt oder einer anderen geeigneten Legierung erwies sich als schwierig. Durch Versuche wurde das Verfahren so verbessert, dass heute Diamanten reproduzierbar gleichm\u00e4\u00dfig beschichtet werden k\u00f6nnen. Der bisherige Kobaltgehalt dieser Segmente wurde dadurch drastisch reduziert, ohne dass der Diamant mechanisch schlechter gefasst worden w\u00e4re als bisher.
\nDieses selbst f\u00fcr Hochleistungsanwendungen geeignete Verfahren hatte durch die dichtem\u00e4\u00dfige Angleichung des spezifisch leichten Diamanten an die metallische Matrix (bessere Verteilung im Segment) verarbeitungstechnische Vorteile. Da durch die Umh\u00fcllung der Diamanten mit Metallpulver die Diamanten untereinander einen Mindestabstand in der doppelten Dicke der Umh\u00fcllung aufweisen m\u00fcssen, wurde auch die Bildung lokaler Diamantnester vermindert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber erste Ergebnisse und die Einf\u00fchrung der \u00d6koline Werkzeugserie wurde in der Allgemeinen Bauzeitung (9) 97\/2 berichtet und eine kurze Projektbeschreibung in der Brosch\u00fcre Die 1. F\u00f6rdermilliarde der Deutschen Bundesstiftung Umwelt ver\u00f6ffentlicht. Im Jahr 2000 ist eine verst\u00e4rkte Pr\u00e4senz in Fachzeitschriften f\u00fcr Fachanwendern als auch Heimwerkern sowie den neuen Medien geplant. Dabei soll sowohl die Problematik der Kobalt\/Nickel-Bindungen als auch generell die neue Produktlinie den Anwendern verst\u00e4rkt zu Bewusstsein gebracht werden.
\nIn diesem Rahmen werden wir versuchen den Blauen Umweltengel f\u00fcr diese Produktlinien zu erhalten.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Es konnten f\u00fcr praktisch jeden Anwendungsfall die bisherigen Kobalt\/Nickel-Bindungen bei gleichbleibender bzw. sogar besserer Qualit\u00e4t durch unproblematischere Stoffe auf Basis von Eisen und Eisenlegierungen ersetzt werden. Diese Bindungen haben im Lieferprogramm der Fa. Dr. Schulze GmbH entweder die bisherigen Bindungen ersetzt oder werden aus marktpolitischen Gr\u00fcnden zus\u00e4tzlich als \u00d6ko-line angeboten. Die Reaktion der Kunden ist in der Regel von Zur\u00fcckhaltung und Misstrauen gegen\u00fcber der Qualit\u00e4t gekennzeichnet. Reaktionen dieser Art ergaben sich insbesondere auch aus der Tatsache, dass diese Werkzeuge in der Regel preiswerter angeboten werden k\u00f6nnen.
\nDie weitere Nachfrage nach Diamantwerkzeugen auf Basis von Kobalt\/Nickel-Bindungen ist im wesentlichen durch das Festhalten am Bew\u00e4hrten und dem wenig entwickelten Risiko- und Verantwortungsbewusstsein der Verarbeiter begr\u00fcndet. Zudem wird durch letzte verbleibende Anwendungszwecke von Kobalt\/Nickel-Bindungen der Nimbus der Kobalt\/Nickel-Bindungen aufrecht erhalten.
\nDer Anteil der Kobalt\/Nickel gebundenen Produkte bei der Fa. Dr. Schulze GmbH ist trotzdem von ca. 70 % im Jahr 1996 auf ca. 40 % im Jahr 1999 gesunken.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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