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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere ein Meißelwerkzeug, für eine Handwerkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Meißelwerkzeugs für eine Handwerkzeugmaschine.
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Darstellung der Erfindung
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Werkzeug, insbesondere ein Meißelwerkzeug, ein Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs und eine Handwerkzeugmaschine mit dem Werkzeug anzugeben, bei dem das Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, wenigstens am Abbauende eine vergleichsweise hohe Verschleißfestigkeit und wenigstens am Einsteckende eine vergleichsweise hohe Bruchzähigkeit aufweist.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Werkzeugs durch ein Werkzeug gelöst, das aufweist einen Funktionsaufbaubereich, bei dem wenigstens ein Abbauende aus einem ersten Material gebildet ist, einen Schaft mit Einsteckende, das zum Einstecken in eine Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine ausgebildet ist, wobei wenigstens ein an das erste Material angrenzender Bereich aus einem zweiten Material gebildet ist und das erste Material eine verschleißfestere Komponente als der angrenzende Bereich ausbildet, und die verschleißfestere Komponente und der angrenzende Bereich in einer Reibschweißverbindung aneinandergefügt sind. Die Reibschweißverbindung ist eine Multi-Orbital-Reibschweißverbindung.
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Ein eingangs genanntes Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, bietet die Möglichkeit zur Bildung eines besonders verschleißfesten Abbauendes in Kombination mit einem besonders bruchzähen Einsteckende, da die Reibschweißverbindung ein Aneinanderfügen von jeweils für den Funktionsaufbaubereich bzw. den Schaft geeigneten Materialien erlaubt. Das eingangs genannte Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, ist somit zwei- oder mehrteilig gebildet, wobei wenigstens ein durch erstes Material gebildetes Teil und ein durch zweites Material gebildetes Teil durch Reibschweißen aneinandergefügt werden. Insbesondere solche mehrteiligen Meißelwerkzeuge haben sich als vorteilhaft gegenüber einteiligen Meißelwerkzeugen erwiesen. Einteilige Meißelwerkzeuge sind in diesem Sinne einstückig aus einem einzigen Material gebildet, wobei ein Abbauende und/oder ein Einsteckende einer geeigneten Wärmebehandlung unterzogen werden. Eine Wärmebehandlung stellt jedoch immer einen Kompromiss zwischen Verschleißfestigkeit und Bruchzähigkeit dar. Auch bei einer optimierten Wärmebehandlung ist eine durch Abrasivverschleiß verursachte Erwärmung des Abbauendes und/oder Einsteckendes und eine damit verbundene Reduktion der Festigkeit nicht zu vermeiden. Eine Reduktion der Festigkeit wiederum kann zu einer Verformung des Abbauendes und/oder Einsteckendes führen. Dieses Problem besteht insbesondere am Abbauende. Das kann zur Folge haben, dass das Meißelwerkzeug als verschlissen gilt, obwohl ein Großteil desselben noch verwendbar wäre. Bei einem eingangs genannten Werkzeug mit einer in einer Reibschweißverbindung aneinandergefügten verschleissfesteren Komponente und einem angrenzenden Bereich ist diese Problematik in verbesserter Weise gelöst.
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Ein Reibschweißverfahren ist grundsätzlich z. B. aus
GB 1470198 bekannt. Ein modernes Reibschweißverfahren ist z. B. aus
DE 103 33 783 A1 bekannt. Es hat sich herausgestellt, dass Reibschweißverfahren, wie sie als Rotationsreibschweißen, Linearreibschweißen oder Einzel-Orbital-Reibschweißen bekannt sind, weitere Nachteile mit sich bringen. Zum einen ist man üblicherweise auf rotationssymmetrische Querschnitte sowie gut miteinander verschweißbare Materialien angewiesen. Die Einschränkung eines Querschnitts einer Fügefläche der Reibschweißverbindung hat immer auch einen übermäßigen Einsatz von hochwertigem Werkstoff zur Folge. Zum anderen haben sich Reibschweißverfahren der vorgenannten Art insofern als nachteilig erwiesen, als bei diesem nur ein vergleichsweise inhomogener Energieeintrag in eine Fügefläche der Reibschweißverbindung erfolgen kann. So führt beim Rotationsreibschweißen die Rotationsbewegung zu einer vergleichsweise starken Erwärmung von Randbereichen der Fügefläche, während ein Kern der Fügefläche nur durch Wärmeleitung erwärmt wird. Dies kann wiederum zu einer Überhitzung in den Randbereichen der Fügefläche mit daraus folgenden schädlichen Gefügeänderungen führen, wie Grobkornbildung, Anlass- oder Glüheffekten, was eine deutliche Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften im Randbereich bedeutet. Zum anderen erweist sich eine Verbindungsqualität der Reibschweißverbindung im Kern der Fügefläche oft als ungenügend. Im Ergebnis sind Fügeflächen einer üblichen Reibschweißverbindung zuweilen extrem bruchempfindlich und können im schlimmsten Fall beim Einsatz versagen bzw. stellen den schwächsten Punkt eines mehrteiligen Werkzeugs, insbesondere Meißelwerkzeugs, dar. Wünschenswert wäre ein mehrteiliges Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, der eingangs genannten Art, bei dem Verschleißfestigkeit wenigstens am Abbauende mit einer Bruchzähigkeit wenigstens am Einsteckende kombiniert ist und das dennoch eine sichere Reibschweißverbindung aufweist.
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Das Konzept der Erfindung führt auch auf ein Herstellungsverfahren für ein Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, der eingangs genannten Art, mit den Schritten: Bereitstellen eines Funktionsaufbaubereichs des Werkzeugs, bei dem wenigstens ein Abbauende aus einem ersten Material gebildet ist, Bereitstellen eines Schafts mit Einsteckende, das zum Einstecken in eine Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine ausgebildet ist, wobei wenigstens ein an das erste Material angrenzender Bereich aus einem zweiten Material gebildet ist und das erste Material eine verschleißfestere Komponente als der angrenzende Bereich ausbildet, Aneinanderfügen der verschleißfesteren Komponente und des angrenzenden Bereichs mittels Reibschweißen in einer Reibschweißverbindung. Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Reibschweißen als ein Multi-Orbital-Reibschweißen durchgeführt wird.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich Verschleißfestigkeit wenigstens am Abbauende und Bruchzähigkeit wenigstens am Einsteckenende des Werkzeugs vor allem unter Einsatz besser geeigneter Materialien erreichen lässt. Dazu hat die Erfindung erkannt, dass eine grundsätzlich geeignete Reibschweißverbindung zur Herstellung eines mehrteiligen Werkzeugs zweckmäßig auch das Reibschweißen von besonders zweckmäßigen Materialkombinationen erlauben bzw. ermöglichen sollte. Die Erfindung hat erkannt, dass das Multi-Orbital-Reibschweißen ein besonders geeignetes Verfahren ist, mit dem sich auch ein materialoptimiertes Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, als mehrteiliges Werkzeug aus jeweils einem Funktionsaufbaubereich und einem Schaft herstellen lässt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass beim Multi-Orbital-Reibschweißen
- – die verschleissfestere Komponente in einer ersten Orbitalbewegung und
- – der angrenzende Bereich in einer zweiten Orbitalbewegung
- – an einer Fügefläche der Reibschweißverbindung reibend wenigstens unter Materialplastifizierung an der Fügefläche relativ zueinander bewegt werden, und wobei
- – die erste und zweite Orbitalbewegung in gegenläufiger Richtung zueinander erfolgen, und
- – die verschleissfestere Komponente und der angrenzende Bereich in der Fügefläche gegeneinander gedrückt werden.
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Besonders vorteilhaft hat sich ein Verfahren zur Durchführung des Multi-Orbital-Reibschweißens erwiesen, wie es in
DE 103 33 783 A1 beschrieben ist, die hiermit durch Zitat vollständig in den Offenbarungsgehalte der vorliegenden Anmeldung aufgenommen ist.
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Mit einer solchen oder anderen im Ergebnis oszillierenden Orbitalbewegung der Fügepartner gegeneinander – nämlich der verschleißfesteren Komponente und des angrenzenden Bereichs – ist es möglich diese unabhängig von einem Fügequerschnitt der Fügefläche als auch vollflächig und vergleichsweise homogen im Bereich der Reibschweißverbindung unter Bildung eines mehrteiligen Werkzeugs aneinanderzufügen. Dazu erfolgt die erste und zweite Orbitalbewegung in gegenläufiger Richtung zueinander und die verschleißfestere Komponente und der angrenzende Bereich werden in der Fügefläche gegeneinandergedrückt. Inhomogene Energieeinträge werden beim so ausgeführten Multi-Orbital-Reibschweißen weitgehend vermieden. Auch größere Bauteile können praktisch unabhängig von einer Fügezonengeometrie durch eine Reibschweißverbindung in Form eines Multi-Orbital-Reibschweißens aneinandergefügt werden. Der vergleichsweise homogene Energieeintrag in der Fügezone, d. h. im Bereich der Fügefläche, führt zu einem vergleichsweise geringen Wärmeeintrag, so dass im Ergebnis mit einer vergleichsweise geringen Fügetemperatur deutlich unter einem Schmelzpunkt der Fügepartner gearbeitet werden kann. Dies beeinflusst in günstiger Weise die Gefügeeigenschaften durch klassische Verformung der Fügepartner an der Fügefläche.
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Insbesondere hat sich gezeigt, dass das Multi-Orbital-Schweißen dem Konzept der Erfindung folgend besonders gut geeignet ist, Hartstahl, insbesondere in Form eines Manganhartstahls, bei der verschleißfesteren Komponente zu verwenden und mit dem angrenzenden Bereich aneinanderzufügen. Dies führt im Prinzip zu einer signifikanten Steigerung der Funktionssicherheit sowie einer deutlichen Verlängerung der Einsatzdauer eines Werkzeugs, insbesondere Meißelwerkzeugs, durch effizienten Werkstoffeinsatz, was im Einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert ist. Der Manganhartstahl hat ein austenitisches und kein martensitisches Gefüge. Ein Gehalt von Mangan liegt vorzugsweise im Bereich von 11% bis 13%.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Das Werkzeug ist insbesondere ein Meißelwerkzeug; vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus: Formmeißelwerkzeug, Spatmeißelwerkzeug, Spitzmeißelwerkzeug, Flachmeißelwerkzeug und Stockerwerkzeug. Vorteilhaft ist dazu einzeln oder in Kombination vorgesehen, dass das Abbauende eine Spitze, ein Formteil, ein Spatenteil oder eine Stockerfläche aufweist. Grundsätzlich lassen sich auch andere Arten von Meißelwerkzeugen realisieren, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen.
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Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die verschleißfestere Komponente den Funktionsaufbaubereich – wenigstens aber das Abbauende des Funktionsaufbaubereichs – ausmacht. Die verschleißfestere Komponente ist vorteilhaft aus einem Hartstahl oder einem Hartmetall oder einer Keramik gebildet. Es hat sich insbesondere ein Hartstahl in Form eines Manganhartstahls als vorteilhaft erwiesen. Besonders vorteilhaft ist beispielsweise ein X120Mn12-Manganhartstahl mit einem Mangangehalt von Mn 11% bis 13%. Grundsätzlich können jedoch auch Mangangehalte zwischen 11 bis 19% für Manganhartstähle vorgesehen sein. Diese weisen eine Ausgangshärte von ungefähr 200 HB auf. Je nach Legierungsausführung eines Manganhartstahls, Wärmebehandlung, Härtesteigerung und Belastung sind 450 bis 600 HB, gegebenenfalls 650 HB, im Betrieb erreichbar.
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Das erste Material der verschleißfesteren Komponente und/oder das zweite Material des angrenzenden Bereichs kann vorteilhaft auch aus einem Vergütungsstahl gebildet sein. Ein Vergütungsstahl hat ebenfalls für das Konzept der Erfindung im Rahmen eines Werkzeugs vergleichsweise bevorzugte Eigenschaften. Vergütungsstähle zeichnen sich allgemein durch eine vergleichsweise hohe Zähigkeit bei gegebener Zugfestigkeit aus. Sie weisen eine hohe Bruchsicherheit, eine hohe statische und dynamische Belastbarkeit sowie gute Härtbarkeit auf. Typische Vertreter sind in DIN EN 10083 aufgeführt. Bezeichnende typische Vertreter sind solche mit einem höheren Gehalt an Legierungselementen, insbesondere auch einem höheren Gehalt von Kohlenstoff C, wie z. B. Vergütungsstähle 36NiCrMo16 oder 51CrV6.
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Bevorzugt kann die verschleißfestere Komponente auch aus Werkzeugstahl, Hartmetall oder Keramik, insbesondere Struktur-Keramik, im Rahmen einer das Konzept der Erfindung weiterbildenden Variante gebildet sein. Vor allem ein Martensit-Werkzeugstahl mit einem C-Gehalt über 0,3%, 0,6%, 0,8% oder 1% ist vorteilhaft.
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Als erstes Material der verschleißfesteren Komponente eignet sich auch ein Werkzeugstahl. Darunter sind Stähle zu verstehen, die zum Be- und Verarbeiten von Werkstoffen geeignet sind, wie sie beispielsweise in DIN 17350 beschrieben sind; erweitert, um Stähle für Kunststoffbearbeitung und pulvermetallurgisch hergestellte Werkzeugstähle. Vorteilhaft ist in einer ersten Abwandlung ein Martensit mit vergleichsweise hohem C-Gehalt zwischen 0,6 und 1,6% – dieser hat eine besonders hohe Härte. Es hat sich auch ein Martensit als vorteilhaft erwiesen mit Sonderkarbiden, die einen C-Gehalt zwischen 1 und 2% sowie mit bis zu 12% Cr und Legierungselementen, wie W, Mo, V. Besonders warmfeste und temperaturwechselbeständige Martensite können auch Sekundärkarbidausscheidungen mit einem C-Gehalt zwischen 0,3 bis 0,4% aufweisen sowie bis zu 5% Cr und Legierungselemente Mo, V. Ein besonders hartes und dennoch mit gutem Warmverschleißwiderstand versehenes Martensit weist Primärkarbide sowie Sekundärkarbidaussscheidungen mit 0,8 bis 2% C-Gehalt sowie bis zu 18% (W + 2 × Mo) Legierungsbestandteil und bis zu 4% V und bis zu 10% Co Legierungsbestandteil auf. Auch solche Werkzeugstähle eignen sich besonders zur Darstellung der verschleißfesteren Komponente.
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Es eignet sich auch ein Hartmetall als erstes Material für die verschleißfestere Komponente. Ein Hartmetall stellt einen Verbundwerkstoff aus metallischen Hartstoffen wie WC, TiC, TaC, NbC etc. und vorzugsweise metallischen Bindern dar. Vorliegend sind dazu insbesondere gesinterte Verbindungen aus Karbiden bzw. Nitriden mit Eisenmetallen als Bindephase zu verstehen. Hartmetalle weisen bevorzugt eine Härte oberhalb 1000 HV10 und bis zu 1450 HV10 auf und diese kann je nach Bedarf, z. B. Geometrie des Abbauendes und/oder des Einsteckendes eingestellt werden.
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Strukturkeramiken haben den Vorteil hoher Härte, vorteilhaft oberhalb von 1000 HV. Ausserdem vereinen sie Temperaturbeständigkeit mit geringer Dichte und guter Korrosionsbeständigkeit und Abrasionsbeständigkeit. Bevorzugt sind Keramiken mit Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid. Keramiken mit einem vergleichsweise hohen Anteil von Zirkonoxid haben eine besonders hohe Bruchzähigkeit, was für ein Einsteckende aber auch ein Abbauende eines Werkzeugs genutzt werden kann.
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Das Konzept der Erfindung führt auch auf ein System aus einer Handwerkzeugmaschine und einem Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug. Das Konzept der Erfindung führt auch auf eine Handwerkzeugmaschine aufweisend eine Werkzeugaufnahme mit einem Werkzeug, insbesondere Meißelwerkzeug, in der Werkzeugaufnahme, wobei das Werkzeug gemäß dem Konzept der Erfindung als mehrteiliges Werkzeug gebildet ist.
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Vorzugsweise weist das Werkzeug einen Funktionsaufbaubereich und einen Schaft auf, wobei der Funktionsaufbaubereich wenigstens teilweise mit einem ersten Material zur Bildung der verschleißfesteren Komponente gebildet ist. Insbesondere ist ein Abbauende des Funktionsaufbaubereichs zur Bildung der verschleißfesteren Komponente aus einem anderen Material gebildet als die restlichen Teile des Werkzeugs, insbesondere des Meißelwerkzeugs. Insbesondere ist ein Einsteckende des Schafts aus einem anderen Material gebildet als die übrigen Teile des Werkzeugs.
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Um ein Werkzeug in der Handwerkzeugmaschine vorteilhaft zu arretieren, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Einsteckende eine Nutanordnung von am Umfang durch Stege getrennten Nuten mit jeweils einem bogenförmigen und/oder kantigen Querschnitt aufweist. Die Nut ist vorzugsweise zum Eingriff eines Arretiermittels der Werkzeugaufnahme, wie eine Walze, eine Kugel oder ein Steg oder Stift oder dergleichen, ausgebildet. Eine Rastverbindung aus dem in Eingriff befindlichen Arretiermittel in der Nut bewirkt eine Axial- und/oder Drehsicherung des Meißelwerkzeugs in der Werkzeugaufnahme.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen 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.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1 eine Seitenansicht (oben) und eine Draufsicht (unten) auf ein mehrteiliges Meißelwerkzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform als Spatmeißel;
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2 ein mehrteiliges Meißelwerkzeug in einer Kopfansicht (links) und einer Seitenansicht (rechts), gemäß einer zweiten Ausführungsform als Stockerwerkzeug.
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1 zeigt ein mehrteiliges Meißelwerkzeug 10 für eine symbolisch dargestellte Handwerkzeugmaschine 100. Das Meißelwerkzeug 10 weist einen Funktionsaufbaubereich I sowie einen Schaft II auf. Der Funktionsaufbaubereich I des gezeigten Spatmeißels hat vorliegend ein Abbauende 1 in Form eines Spatenteils. Der Schaft II hat ein Einsteckende 2 mit einer Nutanordnung von am Umfang des Einsteckendes 2 durch Stege 3 getrennten Nuten 4. Ein erster aus der unteren Ansicht erkennbarer Teil von Nuten 4.1 weist einen bogenförmigen Querschnitt auf, während ein zweiter Teil der Nuten 4.2 einen kantenförmigen Querschnitt aufweist. Der erste mit bogenförmigem Querschnitt versehene Teil der Nuten 4.1 ist zum Eingriff eines Arretiermittels, wie einer Walze oder einer, Kugel vorgesehen und dient einer axialen Sicherung des Meißelwerkzeugs 10. Dagegen dient der zweite Teil von Nuten 4.2 mit eher kantigem Querschnitt zum Eingriff eines Arretiermittels in Form eines Steges, um eine Drehsicherung des Meißelwerkzeugs in der Werkzeugaufnahme 101 des Werkzeugs 100 zu bilden. Mit dieser Nutanordnung ist eine Rastverbindung aus dem in Eingriff befindlichen Arretiermitteln in einer Nut 4.1 bzw. 4.2 als SDS-Rastverbindung gebildet (Special Direct System).
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Vorliegend ist nur das Abbauende 1 des Funktionsaufbaubereichs I als verschleißfestere Komponente aus einem ersten Material in Form eines Manganhartstahls gebildet. Der angrenzende Bereich des weiteren Teils 5 des Funktionsaufbaubereichs I als auch der weitere Teil 6 des Schafts 11 und das Einsteckende 2 des Meißelwerkzeugs 10 sind aus einem zweiten Material als Grundmaterial gebildet. Das Grundmaterial ist am Einsteckende 2 durch eine geeignete Wärmebehandlung gehärtet. Auch kann in einer Abwandlung der zweite Teil 5 des Funktionsaufbaubereichs 1 gehärtet sein. Das Grundmaterial des angrenzenden Bereichs ist vorliegend ein Vergütungsstahl mit einem höheren Gehalt an Legierungselementen als auch Kohlenstoff, nämlich beispielsweise 36NiCrMo16, 42CrMo4, 34CrNiMo6, 45SiCrV6 oder ein 50CrV6. Allgemein zeichnen sich solche und andere Vergütungsstähle durch gute Zähigkeit bei gegebener Zugfestigkeit aus. Sie weisen eine hohe Bruchsicherheit, hohe statische und dynamische Belastbarkeit sowie hohe Härtbarkeit auf. Letzteres ist vorliegend vorteilhaft für das Einsteckende 2 genutzt, das durch die Wärmebehandlung eine besonders hohe Bruchzähigkeit erhält. Dadurch können besonders hohe Axial- und Torsionskräfte durch die Nutanordnung am Einsteckende 2 aufgenommen werden, so dass sowohl die Rastverbindung sicher als auch der Antrieb des Spatmeißels über das Einsteckende 2 auch bei hoher Betriebsbelastung und geringer Fressneigung in einer Werkzeugaufnahme gewährleistet ist.
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Der Funktionsaufbaubereich t des Meißelwerkzeugs 10, wenigstens aber das Abbauende 1, hat zur Bildung der verschleißfesteren Komponente eine materialoptimierte Verschleißfestigkeit. Durch die Härtung des Einsteckendes 2 ist zudem dort eine höhere Bruchzähigkeit gegeben. Abbauende 1 und Einsteckende 2 des Meißelwerkzeugs sind somit hinsichtlich unterschiedlicher Eigenschaften materialoptimiert.
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Konkret ist das Abbauende 1 aus einem Manganhartstahl, vorliegend X120Mn12, gebildet. Ein hier verwendeter sogenannter kaltverfestigender austenitischer Manganstahl mit hoher Duktilität und sehr gutem Kaltverfestigungsvermögen erhält seine guten Eigenschaften durch die Kombination des Kaltverfestigungsvermögens mit Duktilität. Kaltverfestigung tritt ein, wann immer Manganhartstahl einer mechanischen Beanspruchung, z. B. durch Stoß oder Schlag, ausgesetzt wird, welche den Austenit in der Oberflächenzone teilweise zu einem Martensit umwandelt. Dabei sind vorliegend Härtezunahmen von 200 auf mehr als 550 HB möglich. Somit nimmt die Härte des Meißelwerkzeugs 10 am Abbauende 1 im Laufe der Verwendung als Spatmeißel zu, wenn dieser mechanisch beansprucht wird. Da das Abbauende 1 auch einem Verschleiß durch Reibung ausgesetzt ist, wird eine hier nicht näher bezeichnete Oberflächenschicht des Abbauendes 1 ständig abgetragen, wobei Austenit an der Oberfläche verbleibt. Ein solcher Austenit wird durch neuerliche mechanische Beanspruchung wiederum umgewandelt. Die Legierung, die sich unter der Oberflächenzone befindet, ist sehr duktil und Manganhartstähle können daher eine hohe mechanische Schlagbeanspruchung aushalten, ohne dass eine Bruchgefahr besteht. Dies trifft sogar im Falle eines mit vergleichsweise geringer Ausdehnung ausgeführten Abbauendes 1 zu, wie beispielsweise die in 2 weiter bezeichnete Stockerfläche des Abbauendes 21 beim Meißelwerkzeug 20 der 2.
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Dem Konzept der Erfindung folgend ist das als Manganhartstahl ausgeführte erste Material des Abbauendes 1 einerseits und das zweite als Vergütungsstahl ausgeführte Material des weiteren Teils 5 des Funktionsaufbaubereichs I und des Schafts II andererseits in einer Reibschweißverbindung 11 aneinandergefügt, wobei die Reibschweißverbindung 11 als Multi-Orbital-Reibschweißverbindung ausgeführt ist. Konkret ist vorliegend die durch das Abbauende 1 gebildete verschleißfestere Komponente einerseits und der angrenzende Bereich des weiteren Teils 5 des Funktionsaufbaubereichs 1 mit Schaft II andererseits an einer in gestrichelter Linie als Fügefläche deutlich gemachten Reibschweißverbindung 11 aneinandergefügt. Die verschleißfestere Komponente wird in einer ersten Orbitalbewegung und der angrenzende Bereich wird in einer zweiten Orbitalbewegung reibend wenigstens unter Materialplastifizierung an der Fügefläche relativ zueinander bewegt. Dabei erfolgt die erste und die zweite Orbitalbewegung in gegenläufiger Richtung zueinander und das Abbauende und der angrenzende Bereich sind in der Fügefläche gegeneinandergedrückt.
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2 zeigt ein weiteres Meißelwerkzeug 20 in Form eines Stockerwerkzeugs als weitere Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung. Dementsprechend sind für weitgehend identische oder ähnliche Teile bzw. Teile identischer oder ähnlicher Funktion der Einfachheit halber gleiche Bezugszeichen verwendet. Das Stockerwerkzeug weist wie der Spatmeißel der 1 einen weitgehend identischen Schaft II mit einem Einsteckende 2 und einer Nutanordnung auf, die zur Bildung einer SDS-Rastverbindung ausgebildet ist. Diesbezüglich wird auf die Beschreibung der 1 mit gleichen Bezugszeichen verwiesen. Der Funktionsaufbaubereich I des Meißelwerkzeugs 20 hat ein Abbauende 21 vorliegend in Form einer Stockerfläche, die links als Kopfansicht des Meißelwerkzeugs in 2 gezeigt ist. Das Abbauende 21 in Form der Stockerfläche ist als verschleißfeste Komponente aus einem ersten Material in Form eines Manganhartstahls gebildet. Der angrenzende Bereich des weiteren Teils 25 des Funktionsaufbaubereichs I als auch der weitere Teil 6 des Schafts II und das Einsteckende 2 des Meißelwerkzeugs 20 sind aus einem zweiten Material als Grundmaterial gebildet. Das Grundmaterial ist vorliegend aus einem Federstahl gebildet. Federstähle eignen sich vor allem für stoßartige oder schwingende Beanspruchungen. D. h. sie haben eine hohe elastische Verformbarkeit jedoch eine ausreichende Sicherheit gegen Bruch und vor allem eine ausreichende Lebensdauer bei schwingender Beanspruchung. Vorliegend hat ein Federstahl wie 67SiCr5 oder 58CrV4 einen C-Gehalt zwischen 0,35 bis 0,7% und eignet sich für das vorliegend beschriebene Stockerwerkzeug. Auch in diesem Fall ist das Einsteckende 2 mit einer geeigneten Wärmebehandlung zur Erhöhung der Härte, insbesondere für eine verbesserte Bruchzähigkeit, versehen.
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Die Reibschweißverbindung 11 zwischen Abbauende 21 in Form der Stockerfläche und dem angrenzenden Bereich aus Grundmaterial ist vorliegend wiederum durch eine Multi-Orbital-Reibschweißverbindung gemäß dem Konzept der Erfindung gebildet.
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In allen zuvor erläuterten Ausführungsformen sind Querschnitte einer Fügefläche der Reibschweißverbindung unrund und vergleichsweise komplex ausgebildet. Insbesondere ist ein Querschnitt der Fügefläche einer Reibschweißverbindung 11 als Übergangsquerschnitt zwischen unterschiedlichen Querschnitten einer verschleißfesteren Komponente – vorliegend in Form des Abbauendes 1, 21 – und des angrenzenden Bereichs – vorliegend in Form des weiteren Teils 5, 25 des Funktionsaufbaubereichs I und des Schafts II – zu verstehen. Dennoch lässt sich ein Fügequerschnitt der Fügefläche in der Reibschweißverbindung durch eine Multi-Orbital-Reibschweißverbindung vergleichsweise einfach herstellen. Außerdem eignet sich das Multi-Orbital-Reibschweißen auch zum Verschweißen einer verschleißfesteren Komponente aus Manganhartstahl mit einem anderen Stahl oder sonstigem Material. Diese Materialien der verschleißfesteren Komponente einerseits und des angrenzenden Bereichs andererseits lassen sich verlässlich und langlebig praktisch nur durch das Multi-Orbital-Reibschweißen gemäß dem Konzept der Erfindung aneinanderfügen. Gleichwohl ist das Konzept der Erfindung nicht beschränkt auf eine verschleißfestere Komponente aus einem ersten Material in Form von Manganhartstahl.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 1470198 [0005]
- DE 10333783 A1 [0005, 0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 10083 [0015]
- DIN 17350 [0017]
