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Die Erfindung betrifft einen Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zahns.
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Zur Lösung von harten Materialien, wie beispielsweise Gestein in einem Tagebau, werden Grabmaschinen, wie Bagger, insbesondere Schaufelradbagger eingesetzt. Solche Schaufelradbagger weisen Zähne, insbesondere Grab- oder Schneidzähne auf, die an der Baggerschaufel angebracht sind. Das Bearbeiten harter Materialien verursacht häufig einen erheblichen Verschleiß der Zähne der Baggerschaufel, insbesondere der Zahnspitzen. Es besteht daher die Notwendigkeit, solche Zähne häufig auszutauschen, was zu hohen Ausfallzeiten und Wartungskosten führt.
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Aus der
DE 20 2015 006 273 U1 ist ein Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers bekannt. Üblicherweise sind die Zähne eines Schaufelradbaggers aus einem Stahl gegossen und mit einem Verschleißschutz, versehen. Dieser Verschleißschutz ist häufig sehr spröde und hält den hohen Belastungen eines Baggerprozesses nicht stand. Ein schneller Verschleiß bis hin zur Zerstörung des Baggerzahns ist die Folge.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahn für einen Schaufelradbagger bereitzustellen, der einfach herstellbar ist und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zahn mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und dem unabhängigen Verfahrensanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers ist nach einem ersten Aspekt aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial eingegossene Einlage aus einem Hartstoff aufweist. Bei der Einlage handelt es sich um ein Verschleißschutzelement. Unter dem Begriff „eingegossen“ ist zu verstehen, dass die Einlage zumindest teilweise mit dem Gusswerkstoff, nämlich dem Metallmatrixmaterial, umschlossen ist.
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Hartstoffe umfassen beispielsweise Keramik, Diamant, Karbide oder Nitride. Hartstoffe weisen insbesondere eine Härte von 950HV30 bis 2200 HV30, vorzugsweise 1500HV30 bis 2200HV30 auf.
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Vorzugsweise besteht der Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausschließlich aus einer oder mehreren Einlagen und einem Metallmatrixmaterial. Insbesondere ist der gesamte Zahn vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet. Der Zahn weist vorzugsweise einen Zahnkopf und einen sich daran anschließenden Zahnschaft auf. Der Zahnschaft ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er mit einer Baggerschaufel verbindbar ist. Insbesondere ist ausschließlich der Zahnkopf aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Zahnschaft beispielsweise geschmiedet ist. Insbesondere ist der Zahnkopf mit dem Zahnschaft mittels Schweißen verbunden. Ein geschmiedeter Zahnschaft weist bessere mechanische Eigenschaften als ein gegossener Zahnschaft auf, wodurch beispielsweise Brüche im Schaftbereich vermieden werden.
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Bei dem mit dem Schaufelradbagger abzubauenden Material handelt es sich beispielweise um Hartgestein, wie mineralisches Material, Erze, Kohle, Ölsand, Kalkstein, Mergel, Ton, Kreide, Gips und ähnliche Rohstoffe.
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Die Einlage umfasst beispielsweise einen Hartstoff aus der Liste Diamant, Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Titannitrid, und/oder Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und/ oder Zirconiumoxid, oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen. Beispielsweise umfasst die Einlage einen Hartstoff aus der Liste Diamant, Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Titannitrid, oder Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und/ oder Zirconiumoxid, oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen.
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Vorzugsweise umfasst die Einlage etwa 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 75%, höchstvorzugsweise 45% - 55% Wolframcarbid, wobei der restliche Bestandteil der Einlage hauptsächlich Kohlenstoff mit einem Rest ist.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage etwa 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 75%, höchstvorzugsweise 45% - 55% Titancarbid umfasst, wobei der restliche Bestandteil der Einlage hauptsächlich Kohlenstoff mit einem Rest ist. Bei den vorangehenden Angaben handelt es sich um Volumenprozent.
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Die Einlage weist insbesondere eine poröse Struktur auf, wobei die Einlage vorzugweise eine Mehrzahl von Poren aufweist, die beispielsweise gleichmäßig verteilt und/oder ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Poren wabenförmig ausgebildet. Die Einlage ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Der Zahn ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und durch ein Gießverfahren hergestellt.
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Unter einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff aus einem Metallmatrixmaterial wie beispielsweise Stahl zu verstehen, in den die Einlage aus einem Hartstoff eingegossen ist. Bei dem Metallmatrixmaterial handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit einer Härte von etwa 200-600 HB, insbesondere 350-500 HB, vorzugsweise 450 HB (Brinell) und beispielsweise einer Bruchdehnung von größer oder gleich 1-15 %, insbesondere 2-8 %.
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Die Ausbildung des Zahns aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff bietet den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit und einem hohen Verschleißschutz, der aus der aus einem Hartstoff ausgebildeten Einlage resultiert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Einlage aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus beispielsweise einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elemente mittels Erhitzen hergestellt. Beispielsweise wird die Einlage aus einem pulverförmigen Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen mittels Erhitzen hergestellt. Es ist ebenfalls denkbar die Einlage aus einem körnigen Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen mittels Erhitzen hergestellt.
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Das Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium oder Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen wird vorzugsweise mit einem Zuschlagsstoff/Reaktionspartner wie beispielsweise mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff vermischt und zu der Einlage, vorzugsweise einer Vorstufe der Einlage gepresst, geklebt oder gesintert wird. Die Einlage wird anschließend in einer Gussform, die der Negativform des Zahns entspricht, platziert und mit dem insbesondere heißen Metallmatrixmaterial übergossen, sodass die Einlage von dem Metallmatrixmaterial umschlossen wird und das Metallmatrixmaterial zumindest teilweise in die Einlage infiltriert, sodass das Metallmatrixmaterial in die Poren der porösen Einlage gelangt und diese ausfüllt. Die bei dem Gussprozess auf die gepressten, geklebten oder gesinterten Materialien wirkende Wärme sorgt für eine Reaktion zwischen den verschiedenen Elementen und ihren Reaktionspartnern, sodass beispielsweise verschleißbeständige Karbide und Nitride, wie Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid, Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Titannitrid, Siliciumnitrid und/oder eine Mischung aus diesen entstehen. Die Karbide und Nitride bilden in dieser Ausführungsform die Einlage innerhalb des Metallmatrixmaterials.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage beispielsweise aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus Partikeln (Körnern), insbesondere Hartstoffen umfassend Keramik, wie Aluminium- und Zirconiumoxid oder Hartmetall, vorzugsweise Karbide und Nitride wie Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid und/oder Titannitrid, oder eine Mischung aus diesen Verbindungen hergestellt ist, wobei das Gemisch beispielsweise mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken, wird. Das Gemisch wird vorzugsweise in einer beispielsweise flexible Form erhitzt, die der Negativform der Einlage entspricht. Insbesondere wird die Einlage mittels Pressen, Kleben oder Sintern des voran genannten pulverförmigen Materials hergestellt und in die Gussform, die der Negativform des Zahns entspricht, eingelegt. Vorzugsweise wird körniges Wolframcarbid, Titancarbid oder Niobcarbid mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken. In der Gussform wird die Einlage anschließend von dem Metallmatrixmaterial umschlossen und zumindest teilweise infliltriert.
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Anschließend kühlt das Gemisch ab und härtet zu einer sehr verschleißbeständigen Einlage mit einer porösen Struktur aus. Dies bietet eine Möglichkeit der einfachen Herstellung unterschiedlicher Formen der Einlage. Unter einer porösen Struktur der Einlage ist nicht zu verstehen, dass diese zwangsläufig mit Luft gefüllte Poren aufweist, vielmehr sind die Poren idealerweise alle, realistisch zum größten Teil, mit dem Metallmatrixmetrial ausgefüllt.
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Die Einlage bildet gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest teilweise oder vollständig die Oberfläche des Zahns aus. Insbesondere ist die Einlage an der Oberfläche des Zahns zumindest teilweise mit dem Metallmatrixmaterial bedeckt. Das Metallmatrixmaterial ist vorzugsweise ein duktilerer, weicherer Werkstoff als der Werkstoff der Einlage, weshalb das Metallmatrixmaterial schneller verschleißt als die Einlage und beispielsweise aus den an der Oberfläche des Zahns angeordneten Poren ausgewaschen wird.
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Der Zahn ist gemäß einer weiteren Ausführungsform teilweise oder vollständig durch ein Gießverfahren hergestellt. Vorzugsweise ist ausschließlich der Zahnkopf durch ein Gießverfahren hergestellt. Bei dem Gießverfahren wird die Einlage in einer Gussform positioniert, die die Negativform des Zahns aufweist. Anschließend wird das Metallmatrixmaterial in die Gussform gegossen, sodass dieses in die Poren der Einlage infiltriert und die Einlage mit dem Metallmatrixmaterial zumindest teilweise oder vollständig umschließt. Das Gießverfahren stellt eine besonders einfache Weise der Herstellung des Zahns dar, wobei die Einlage an einer beliebigen Stelle innerhalb der Gussform auf einfache Weise platziert werden kann und somit ein Verschleißschutz an beliebigen Stellen des Zahns erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Zahn eine Mehrzahl von Einlagen auf. Beispielsweise umfasst die Mehrzahl von Einlagen eine Mehrzahl von Partikeln, insbesondere Hartstoffpartikel. Eine Einlage, die aus einem Partikel ausgebildet ist, weist vorzugsweise eine Größe von 0,2 Mikrometer bis 6 Mikrometer auf, wobei die Partikel beispielsweise mittels Aufkohlung von Wolfram mit Kohlenstoff hergestellt sind. Vorzugsweise besteht jede Einlage aus genau einem Partikel, wobei die Einlagen ungeordnet in dem Matrixmaterial angeordnet sind. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Zahn genau eine Einlage aufweist. Beispielsweise sind drei Einlagen innerhalb des Zahns angeordnet, die sich vorzugsweise entlang der Oberfläche des Zahns erstrecken. Eine Mehrzahl von Einlagen bietet die Möglichkeit, diese dort anzuordnen, wo der Verschleiß am größten ist. Die übrigen Bereiche des Zahns können mit dem günstigeren Metallmatrixmaterial gegossen werden. Insbesondere weist die Einlage eine Dicke von etwa 5 mm bis 50 mm, vorzugsweise 5mm bis 25 mm auf. Vorzugsweise erstreckt sich die Einlage über die gesamte Breite des Zahnkopfs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Einlage zumindest teilweise oder vollständig in Längsrichtung des Zahns entlang der Oberfläche. Insbesondere erstreckt sich die Einlage vollständig über die gesamte Erstreckung des Zahnkopfs. Vorzugsweise weist der Zahn nur genau eine Einlage auf, was die einfachste und kostengünstigste Ausführungsform des Zahns darstellt.
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Der Zahn weist gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Zahnkopf auf, wobei die Einlage in dem Zahnkopf angeordnet ist. Der Zahnkopf weist vorzugsweise eine Schneidfläche auf, die für ein verbessertes Abtragen des Materials sorgt. Der Zahnkopf weist vorzugsweise in Rotationsrichtung der Baggerschaufel des Schaufelradbaggers und kommt beim Baggerprozess mit dem Material in Berührung. Vorzugsweise weist der Zahn an seinem einen Ende einen Zahnschaft mit einem Befestigungsbereich und an seinem gegenüberliegenden Ende den Zahnkopf auf. Der Zahnschaft weist vorzugsweise Mittel zum Befestigen des Zahns an einer Baggerschaufel auf. Insbesondere weist ausschließlich der Zahnkopf eine Einlage auf, wobei der Zahnschaft ausschließlich aus dem Matrixmaterial ausgebildet ist. Insbesondere sind der Zahnkopf und der Zahnschaft einteilig ausgebildet, vorzugsweise gegossen. Auch eine zweiteilige Ausbildung ist denkbar. Vorzugsweise bildet die Einlage zumindest teilweise die Oberfläche des Zahnkopfes aus und erstreckt sich insbesondere entlang der gesamten Oberfläche des Zahnkopfes. In dem Zahnkopf sind vorzugsweise eine oder mehrere Einlagen angeordnet.
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Der Zahnkopf weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Schneidfläche auf, die beim Abtragen des Materials mit dem Material in Berührung kommt und dieses insbesondere schneidet. Die Einlage bildet zumindest teilweise die Schneidfläche aus. Vorzugsweise weist der Zahnkopf eine Vielzahl von Schneidflächen, beispielsweise drei Schneidflächen, auf. Die Einlage erstreckt sich vorzugsweise vollständig entlang der gesamten Schneidfläche des Zahnkopfes. Insbesondere weist die Einlage einen v-förmigen Querschnitt auf und ist beispielsweise schalenförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind alle äußeren Flächen des Zahnkopfes Schneidfläche und die Einlage ist beispielsweise hüllenförmig ausgebildet, sodass sie sich entlang der äußeren Flächen des Zahnkopfes erstreckt. Vorzugsweise ist die Einlage einstückig ausgebildet und der Zahn weist insbesondere genau eine Einlage auf. Vorzugsweise ist der Kern des Zahns ausschließlich aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet, wobei die Einlage lediglich an den Bereichen der Oberfläche des Zahns angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Einlagen an jeder Schneidfläche des Zahns angeordnet. Vorzugsweise sind die Einlagen plattenförmig ausgebildet und insbesondere nebeneinander angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Zahnkopf eine Mehrzahl von Schneidflächen auf, wobei zumindest eine Schneidfläche zu einem Großteil aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet ist. Unter einem Großteil ist beispielsweise mehr als 60% bis 95%, vorzugsweise 70% bis 90%, insbesondere 80%. Insbesondere ist zusätzlich zumindest eine Schneidfläche oder aller übrigen Schneidflächen mit einer Einlage versehen, die sich insbesondere vollständig entlang der Schneidflächen erstreckt. Dadurch wird eine Schneidfläche des Zahnkopfes im Betrieb des Zahns stärker verschleißen als die übrigen mit der Einlage ausgestatteten Schneidflächen, wodurch eine Schärfung des Zahns, vorzugsweise der Schneidform des Zahns erfolgt.
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Die Erfindung umfasst auch eine Baggerschaufel zum Anbringen an ein Schaufelrad eines Schaufelradbaggers mit einem Zahn wie vorangehend beschrieben. Vorzugsweise sind an jeder Baggerschaufel eine Mehrzahl von vorangehend beschriebenen Zähnen angebracht. Insbesondere weist zumindest ein Zahn oder jeder Zahn einer Baggerschaufel eine in Matrixmaterial eingebettete Einlage auf.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers, aufweisend die Schritte:
- - Positionieren einer Einlage aus einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob und/oder Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal und vorzugsweise einem Reaktionspartner wie beispielsweise Kohlenstoff und/oder Stickstoff in einer Gussform zum Gießen des Zahns und
- - Gießen des Zahns aus einem Metallmatrixmaterial, sodass die Einlage zumindest teilweise von dem Metallmatrixmaterial des Zahns umschlossen wird.
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Die mit Bezug auf den Zahn beschriebenen Vorteile und Erläuterungen, treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung auch auf das Verfahren zur Herstellung des Zahns zu.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Einlage vor dem Positionieren aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus einem Hartstoff mittels kleben, pressen, sintern hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Zahn einen Zahnkopf und einen Zahnschaft auf, wobei der Zahnkopf durch Gießen hergestellt wird und der Zahnschaft geschmiedet wird, wobei der Zahnkopf anschließend mit dem Zahnschaft verbunden, vorzugsweise verschweißt, wird.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaufelrades eines Schaufelradbaggers mit einer Mehrzahl von Baggerschaufeln in einer Frontansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers in einer isometrischen Ansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers in einer isometrischen Schnittansicht gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2.
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1 zeigt ein Schaufelrad 10 beispielsweise eines Schaufelradbaggers zum Abbau von Schüttgut oder eines Brückenschaufelradgerätes zum Rückladen von Schüttgut, insbesondere in einem Tagebau oder einem Lagerplatz. Vorzugsweise werden solche Schaufelräder zum Abbau oder Rückladen von Mineralen, Erzen, Sand, Ton, Kies, Ölsand, Kohle oder weiteren körnigen Materialien eingesetzt. Das Schaufelrad 10 der 1 weist einen Schaufelradrahmen 18 auf, der im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und beispielhaft mehrere teilkreisringförmige Segmente aufweist. An dem Schaufelradrahmen 18 sind eine Mehrzahl von Baggerschaufeln 12 angebracht. Beispielhaft weist das in 1 dargestellte Schaufelrad 10 acht Schaufeln 12 auf, die gleichmäßig zueinander beabstandet an dem äußeren Umfang des Schaufelradrahmens 18 angebracht sind. Jede Schaufel 12 ist um eine Schwenkachse rotierbar an dem Schaufelradrahmen 18 angebracht.
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Das Schaufelrad 10 rotiert im Betrieb um die Mittelachse des Schaufelradrahmens. In dem Beispiel der 1 ist die Rotationsrichtung beispielhaft entgegen des Uhrzeigersinns angegeben. Vorzugsweise weist jede Baggerschaufel 12 zwei gegenüberliegende Schnittkanten 14, 16 auf, sodass der Betrieb des Schaufelrades 10 in beiden Rotationsrichtungen möglich ist, sodass die in Rotationsrichtung des Schaufelrades weisende Schnittkante 14, 16 der Schaufel 12 in das abzutragende Material eingreifen kann. An jeder der Baggerschaufeln 12 sind jeweils eine Mehrzahl von Zähnen 20 angebracht, wie mit Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben. Die Zähne sind vorzugsweise an der jeweiligen Schnittkante 12, 14 der Baggerschaufel 12 angebracht.
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2 zeigt einen Zahn 20 zum Anbringen an eine nicht dargestellte Baggerschaufel. Der Zahn 20 umfasst einen Zahnkopf 22 und einen Zahnschaft 24, wobei der Zahnkopf 22 mit dem Zahnschaft 24 beispielhaft einstückig ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, den Zahnschaft 24 und den Zahnkopf 22 als separate Bauteile auszubilden und anschließend miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschweißen. Vorzugsweise schließt sich der Zahnschaft 24 direkt an den Zahnkopf 22 an und dient insbesondere der Befestigung des Zahns 20 an einer Baggerschaufel 12 eines Schaufelradbaggers. Der Zahnkopf 22 bildet das vordere Ende des Zahns 20 aus, das im Betrieb des Zahns 20 in Rotationsrichtung des Schaufelrades 10 weist. Der Zahnkopf 22 ist zahnförmig und in Richtung der Spitze des Zahns 10 zulaufend ausgebildet. Der Zahnkopf 22 weist beispielhaft eine dreieckige oder viereckige Querschnittsfläche auf. Vorzugsweise weist der Zahnkopf 22 vier Außenflächen auf, nämlich zwei jeweils gegenüberliegende, seitliche Schneidflächen 26, eine obere Fläche 28 und eine untere Schneidfläche 30.
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Der Zahnschaft 24 weist beispielhaft zwei Schenkel 30, 32 auf, die sich parallel zueinander erstrecken. Jeder der Schenkel 32, 34 weist Bohrungen 36, 38, die jeweiligen Bohrungen 36, 38 des anderen Schenkels 32, 34 insbesondere fluchtend gegenüberliegen. Die Bohrungen 36, 38 dienen der Aufnahme von nicht dargestellten Befestigungsmitteln zur Befestigung des Zahns 22 an einer Baggerschaufel 12. Vorzugsweise weist der Zahn 20 an dem Endbereich des Zahnschafts 24 einen Anschlag 40 auf, der zur Positionierung des Zahns 20 an der Baggerschaufel 12 dient und bei einem an einer Baggerschaufel 12 montierten Zahn 20 an dieser, insbesondere der Schnittkante 14, 16 der Baggerschaufel 12 anliegt. Vorzugsweise wird der Zahnschaft an der Schnittkante 14, 16 der Baggerschaufel 12 befestigt.
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Der Zahn 20 ist aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial 42 eingegossene Einlage 44 aus einem Hartstoff aufweist. Die Einlage ist vorzugsweise aus einem Hartstoff ausgebildet und weist eine poröse Struktur auf. Der Hartstoff umfasst beispielsweise Wolframcarbid, Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und Zirconiumoxid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid oder Chromcarbid oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen. Das Metallmatrixmaterial 28 umfasst einen duktileren Werkstoff als die Einlage 44, wie beispielsweise Stahl und ist in die Einlage 44 eingegossen. Das Metallmatrixmaterial 42 ist insbesondere in die Einlage 44 infiltriert, wobei eine stoffschlüssige, feste Verbindung zwischen den Einlagen 44 aus einem Hartstoff und dem Metallmatrixmaterial 28 hergestellt wird.
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Der Zahn 20 ist vorzugsweise durch ein Gießverfahren hergestellt und insbesondere einstückig ausgebildet. Beispielsweise wird die zumindest eine Einlage 44 aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus Partikel (Körnern) umfassend Wolframcarbid, Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und Zirkonoxid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid oder Chromcarbid oder aus einer Mischung aus diesen Werkstoffen hergestellt, wobei das Gemisch beispielsweise mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken, wird. Insbesondere wird das Gemisch in einer beispielsweise flexiblen Form erhitzt, die der Negativform der Einlage 44 entspricht. Anschließend kühlt das Gemisch ab und härtet zu einem sehr verschleißbeständigen Körper mit einer porösen Struktur aus. Die Einlage 44 wird zur Herstellung des Zahns 20 in einer Gussform platziert, die der Negativform des Zahns 20 entspricht. Anschließend wird das Metallmatrixmaterial in die Gussform gegossen, sodass dieses in die Einlage 44 filtriert und diese zumindest teilweise oder vollständig umschließt.
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Die Einlage 44 ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 derart ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Schneidfläche des Zahn 20 erstreckt. Vorzugsweise bildet die Einlage 44 zumindest teilweise die seitlichen Schneidflächen 26 und die untere Schneidfläche 30 aus und ist einstückig ausgebildet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage aus mehreren Segmenten ausgebildet ist, die nebeneinander angeordnet sind. Die Einlage 44 ist in das Metallmatrixmaterial 28 eingegossen, sodass dieses in die Einlage vorzugsweise infiltriert. Beispielhaft ist der gesamte Zahn 20 aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet. Die obere Fläche 28 des Zahnkopfes 22 weist beispielhaft keine Einlage 44 auf, wobei lediglich die oberen Enden der Einlagen 44 der Schneidflächen 26 einen Teil der oberen Fläche 28 des Zahnkopfes 22 ausbilden. Die obere Fläche 28 ist zu einem Großteil oder vollständig aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet. Im Betrieb des Zahns 20 verschleißt diese daher schneller als die Einlage 44, sodass sich die Zahnform des Zahns 20 verschärft.
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3 zeigt den Zahn 20 gemäß 2 in einer Schnittansicht, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Einlage 44 erstreckt sich über die gesamte Fläche der Schneidflächen 26 und der unteren Schneidfläche 30 und ist vorzugsweise schalenförmig und einstückig ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaufelrad
- 12
- Baggerschaufel
- 14
- Schnittkante
- 16
- Schnittkante
- 18
- Schaufelradrahmen
- 20
- Zahn
- 22
- Zahnkopf
- 24
- Zahnschaft
- 26
- Schneidfläche
- 28
- obere Fläche
- 30
- untere Schneidfläche
- 32
- Schenkel
- 34
- Schenkel
- 36
- Bohrung
- 38
- Bohrung
- 40
- Anschlag
- 42
- Metallmatrixmaterial
- 44
- Einlage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015006273 U1 [0003]
