DE4210955A1

DE4210955A1 - Rundmeißel oder ähnliches Werkzeug sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE4210955A1
Application number: DE4210955A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: VERSCHLEIS TECHNIK DR ING HANS
Current assignee: VERSCHLEIS TECHNIK DR ING HANS
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1993-10-07

Description

Die Erfindung betrifft einen Rundmeißel oder ähnliches Werkzeug für die Rohstoffgewinnung oder das Recycling mit

a) einem Grundkörper aus mittellegiertem Stahl der Zusam mensetzung
- 0,1-0,8% Kohlenstoff
  0,0-20,0% Chrom
  0,0-15,0% Mangan 0,0-10,0% Vanadin 0,0-10,0% Wolfram
  0,0-10% Niob
  0,0-12% Nickel
  0,1-5,0% Silizium
  (Rest Eisen sowie übliche Eisenbegleiter wie Schwefel und Phosphor)
wobei der Grundkörper einen in einem Meißelhalter befe stigbaren Schaftbereich und einen aus dem Meißelhalter überstehenden Bereich aufweist;
b) einer zumindest bereichsweise auf dem über den Meißel halter überstehenden Bereich des Grundkörpers im Wege des Plasma-Pulver-Auftragschweißens aufgebrachte Ver schleißschutzschicht der ungefähren folgenden Zusammen setzung
- 1,5-8,0% Kohlenstoff
  3,0-40,0% Chrom
  0,1-30,0% Vanadin
  0,1-30,0% Niob
  0,1-60,0% Wolfram
  0,0-8,0% Bor
  0.1-8,0% Silizium 0,1-15,0% Mangan 0,1-8,0% Nickel;
c) mit einem Hartstift, der in einer Aufnahmeöffnung des Grundkörpers befestigt ist;

sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

An Meißeln oder Meißelhaltern, wie sie beim Gewinnen von Kohle, Salz und anderen Materialien sowie beim Recycling insbesondere abgenutzter Asphaltbeläge eingesetzt werden, tritt ein besonderes Verschleißproblem auf. Diese Werkzeuge sind sowohl hoch mechanisch als auch gegen Abrieb sehr stark beansprucht. Hier kommt es daher besonders auf eine optimale Werkstoffauswahl an.

Ein besonderes Problem ergibt sich in der Praxis dadurch, daß sich die unterhalb des Hartmetallstiftes befindliche Masse des Grundkörpers rasch abnutzt. So kommt es zum Herausbrechen des wesentlich spröderen, verschleißfesten Hartmetallstiftes. In extremen Fällen kann dies bereits nach wenigen Stunden passieren. Dieses Verschleißproblem hat in jüngster Zeit sehr an Bedeutung gewonnen, da durch unterschiedliche Maßnahmen wesentliche Verlängerungen der Standzeiten der Hartmetallstifte erreicht wurden.

Aus diesem Grunde sind Rundmeißel der eingangs genannten Art bekanntgeworden (DE-OS 39 26 627), bei denen der über den Meißelhalter überstehende Bereich mit einer Verschleiß schutzschicht überzogen ist, die im Wege des Plasma-Pulver- Auftragschweißverfahrens aufgebracht sind. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Wärmeein bringung nicht nur verhältnismäßig gering sondern auch gut steuerbar ist. Dadurch läßt sich die Vermischung des Auftragsmaterials mit dem Material des Grundkörpers klein halten. So können bereits bei verhältnismäßig geringen Schichtdicken übereutektische Zusammensetzungen unter Ausbildung von Primärkarbiden erreicht werden.

Bei dem aus der DE-OS 39 26 627 bekannten Rundmeißel be deckt die Verschleißschutzschicht den über den Meißelhalter hinausragenden Bereich des Grundkörpers vollflächig. Diese Meißel sollten im Einsatz so orientiert werden, daß die Kräfte möglichst axial auf den Hartstift treffen. Dies bedeutet z. B. bei der Verwendung in einer Fräswalze zur Asphaltaufbereitung, daß die Meißel nicht radial angeordnet werden können sondern gegenüber der radialen Richtung schräg angestellt werden müssen. Gleichwohl nutzen sich die Hartme tallstifte ungleichmäßig ab, was eine Verkürzung der Stand zeiten der Meißel zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rundmeißel oder ein ähnliches Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Standzeit nicht durch eine ungleichmäßige Abnutzung des Hartstiftes verkürzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

d) der Schaftbereich zur freien Verdrehbarkeit gegenüber dem Meißelhalter ausgebildet ist;
e) die Verschleißschutzschicht die Gestalt mindestens einer Raupe hat, die frei über die benachbarte Oberfläche des den Meißelhalter überstehenden Bereichs des Grundkör pers übersteht, derart, daß an den Seitenflächen der Raupe Kräfte angreifen können, welche in Umfangsrichtung wirken.

Die Erfindung fußt somit auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Abnutzung des Hartstiftes durch die Ausgestaltung eines anderen Elementes des Meißelhalters, nämlich der Verschleißschutzschicht, günstig beeinflußt werden kann. Aufgrund der Angriffsflächen, die sich durch die Raupenform der Verschleißschutzschicht ergeben, entwickeln sich nämlich im Einsatz des Meißels vor Ort Kräfte, welche eine Drehung des Meißels um seine eigene Achse bewirken. Auf diese Weise werden stets unterschiedliche Seiten und Flächen des Hart stiftes der mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, was eine Vergleichmäßigung der Abnutzung zur Folge hat.

Besonders hohe Drehkräfte werden dann erzielt, wenn mehrere in der Draufsicht strahlenförmig angeordnete Raupen auf den über den Meißelhalter überstehenden Bereich des Grund körpers aufgebracht sind.

Ebenfalls günstig im Blick auf die Drehkräfte ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Raupe spiralig um den über den Meißelhalter überstehenden Bereich des Grundkörpers gelegt ist.

Der Verschleißschutz, der von den erfindungsgemäß aufge brachten Raupen am Grundkörper erbracht wird, reicht trotz fehlender Vollflächigkeit aus, wenn die von der oder den Raupe(n) bedeckte Fläche etwa 30 bis 70% der Fläche des überstehenden Bereiches des Grundkörpers beträgt.

Im allgemeinen werden bei der Befestigung des Hartstiftes im Grundkörper des Meißels oder ähnlichen Werkzeuges Lötverfahren eingesetzt. Erfindungsgemäß empfiehlt sich in diesen Fällen eine Verfahrensführung, bei welcher die beim Aufbringen der Raupe(n) in den Grundkörper eingebrachte Wärme größer als zur Auftragschweißung selbst erforder lich ist und so gewählt wird, daß der Grundkörper auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher das zur Befe stigung des Hartstiftes verwendete Lot schmilzt.

Erfindungsgemäß erfolgen also das Verlöten des Hartstiftes im Grundkörper und das Aufbringen der Verschleißschutz schicht-Raupen in einem einzigen Arbeitsgang, so daß nur einmal Wärme eingebracht werden muß.

Eine alternative Verfahrensführung zeichnet sich dadurch aus, daß das PTA-Auftragschweißen vor dem Löten stattfindet.

Dabei wird vorzugsweise ein Lot mit einem Schmelzpunkt unter 800°C verwendet wird.

Geht man auf diese Weise vor, kann die Lotverbindung durch die Wärme der Auftragschweißung nicht geschwächt werden. Auch kann das Lotmittel nicht ausfließen oder brüchig wer den. Schließlich ist es so möglich, eine Wärmebehandlung vor dem Einlöten durchzuführen, die notwendig ist, um den Grundkörper wieder auf eine geeignet hohe Festigkeit zu bringen.

Eine besonders gute Verschleißbeständigkeit der Verschleiß schutzschicht erhält man, wenn in die Schmelze des durch das PTA-Auftragschweißen aufgebrachten Materials zusätz liche Hartstoffe eingestreut werden.

Die Hartstoffe können Karbide, insbesondere Wolframkar bide, Vanadinkarbide, Titankarbide und/oder Chromkarbide sein.

Auf diese Weise wird das Umschmelzen der Karbide verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Rundmeißel, eingesetzt in einen teilweise geschnitten dargestellten Meißelhalter.

In der Zeichnung ist ein Rundmeißel 1 dargestellt, wie er beispielsweise im Tiefbau eingesetzt wird. Er umfaßt einen Grundkörper 2 aus mittellegiertem Stahl der unge fähren Zusammensetzung:

0,1-0,8% Kohlenstoff
0,0-20,0% Chrom
0,0-15,0% Mangan
0,0-10,0% Vanadin
0,0-10,0% Wolfram
0,0-10,0% Niob
0,0-12,0% Nickel
0,1-5,0% Silizium
(Rest Eisen sowie übliche Eisenbegleiter wie Schwefel und Phosphor).

Der Grundkörper 2 läßt sich in einen geeigneten profilierten Schaftbereich 3, welcher der Befestigung des Rundmeißels 1 dient, und in einen überstehenden Bereich 4 unterteilen. Die Grenzlinie zwischen diesen beiden Bereichen 3, 4 wird durch eine Anschlagschulter 5 gebildet.

Am Ende des überstehenden Bereiches 4 ist der Grundkörper 2 des Rundmeißels 1 mit einer axialen Sackbohrung 6 ver sehen, in welche ein Hartstift 7 in noch zu beschreibender Weise eingelötet ist. Bei letzterem handelt es sich um ein Sinterteil, welches aus sehr feinkörnigem Wolframkarbid, Tantalkarbid oder ähnlichen Hartmaterialien besteht und u. U. mit einer dünnen künstlichen Diamantschicht überzogen sein kann. Die Außenfläche des überstehenden Bereiches 4 des Grundkörpers 2 ist teilweise mit einer oder mehreren spiralig geführten Raupen 8 einer Verschleißschutzschicht versehen. Diese Raupen 8 werden durch ein Plasma-Pulver- Auftragschweißverfahren aufgebracht. Dabei handelt es sich um eine Abwandlung des Plasma-Schweißverfahrens. Es wird mit einem nicht übertragenden Pilotlichtbogen, der zwischen Elektrode und Düse gezündet wird, sowie einem Hauptlichtbogen gearbeitet, der eingeschnürt zwischen Wolframelektrode und Werkstück brennt. Die Wolframelektrode befindet sich in einem Schutzgas, welches im Lichtbogen in einen Plasmastrahl hoher Temperatur umgewandelt wird, der mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse austritt. Das Auftragsmaterial wird in Pulverform durch ein gesondertes Pulverfördergas zugespeist. Der Plasmastrahl schmilzt dieses Auftragmaterial auf und bringt es in feinster Tropfenform auf das Werkstück auf. Zwischen dem Grundwerkstoff des Werkstückes und der Auftragsschicht entsteht eine mechanisch hochstabile Schweißverbindung, wobei jedoch die Wärmeeinbrin gung vergleichsweise gering und gut steuerbar ist.

Die Raupen 8 der Verschleißschutzschicht haben eine Dicke von etwa 3 bis 5 mm. Ihre Zusammensetzung ist wie folgt:

1,5-8,0% Kohlenstoff
3,0-40,0% Chrom
0,1-30,0% Vanadin
0,1-30,0% Niob
0,1-60,0% Wolfram
0,0-8,0% Bor
0,1-8,0% Silizium
0,1-15,0% Mangan
0,1-8,0% Nickel
(Rest übliche Bestandteile).

Die Raupen 8 der Verschleißschutzschicht 2 bedecken zwischen etwa 30 und etwa 70% des Bereiches 4 des Grundkörpers 2.

In der Zeichnung ist außerdem-etwas schematisiert - der Meißelhalter 9 dargestellt, der eine entsprechend profilierte Aufnahmebohrung 10 für den Rundmeißel 1 besitzt. Die Halterung des Rundmeißels 1 innerhalb der Aufnahme bohrung 10 geschieht durch nicht näher dargestellte Mittel so, daß der Schaftbereich 3 des Rundmeißels 1 zwar axial fixiert, innerhalb der Aufnahmebohrung 10 des Meißelhalters 9 jedoch frei verdrehbar ist. Der Meißelhalter 9 besteht im wesentlichen aus demselben mittellegierten Stahl, der auch für den Grundkörper 2 des Rundmeißels 1 verwendet wird. Das Äußere des Meißelhalters 9 ist flächig mit einer Ver schleißschutzschicht 11 überzogen, deren Zusammensetzung derjenigen der Raupen 8 der Verschleißschutzschicht des Rundmeißels 1 entspricht und die ebenfalls nach dem PTA- Verfahren aufgebracht wurde.

Durch die Form der Raupen 8, die nur eine teilflächige Verschleißschutzschicht am überstehenden Bereich 4 des Rundmeißels 1 bilden, wird folgendes erreicht: Die auf den Rundmeißel 1 im Einsatz wirkenden Kräfte erzeugen an den Raupen 8 eine in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente, welche den Rundmeißel 1 innerhalb der Aufnahmebohrung 10 des Meißelhalters 9 in Drehung versetzen. Aufgrund dieser Drehung des Rundmeißels 1 wird der Hartstift 7 gleichmäßiger abgenutzt; das von diesem angebotene Verschleißmaterial wird besser ausgenutzt, was letztendlich zu einer Verlänge rung der Lebensdauer des Rundmeißels 1 insgesamt führt. Die Meißelhalter 9 können so ausgestaltet werden, daß die Rundmeißel 1 nicht schräg sondern radial angebracht werden.

Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungs form sind auf den überstehenden Bereich des Grundkörpers mehrere einzelne Raupen aufgebracht, die in der Draufsicht auf den Rundmeißel strahlenförmig von innen nach außen gerichtet sind. In bestimmten Einsatzfällen ist diese Geometrie für die Erzielung des gewünschten "Selbstdreh effektes" günstiger als die Spiralform.

Das Aufbringen der Raupen 8 der Verschleißschutzschicht des Rundmeißels 1 läßt sich günstig mit dem Einlöten des Hartstiftes 7 in den Grundkörper 2 verbinden: Beide Vor gänge erfolgen gleichzeitig, wobei nur dafür Sorge getragen werden muß, daß beim PTA-Auftragschweißen etwas mehr Wärme in den Grundkörper 2 eingeführt wird, als dies zum reinen Auftragschweißen erforderlich wäre. Der Grundkörper 2 wird dabei so warm, daß das Lot, welches zur Befestigung des Hartstiftes 7 eingesetzt wird, schmilzt. Hierzu sind Temperaturen zwischen 800 und 1300°C notwendig.

In die noch flüssige Schmelze der Raupen 8 werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel während des PTA-Auftrag schweißens Hartstoffe insbesondere in Form von Karbiden eingestreut. Diese Hartstoffe laufen nicht Gefahr, dabei umgeschmolzen zu werden, und erhöhen die Verschleißbestän digkeit der Raupen.

Wenn eine besondere Wärmebehandlung des Grundköpers nach der Auftragschweißung erforderlich ist, um diesen wieder auf die erforderliche Festigkeit zu bringen, sollte das Einlöten des Hartstiftes erst nach der Auftragschweißung mit einem Lot erfolgen, dessen Schmelzpunkt unter 800°C liegt. Dies hat gleichzeitig den Vorteil, daß durch die beim PTA-Auftragschweißen eingebrachte Wärme die Lotver bindung nicht - beispielsweise durch Auslaufen von Lot - geschwächt werden kann.

Claims

1. Rundmeißel oder ähnliches Werkzeug für die Rohstoff gewinnung oder das Recycling mit

a) einem Grundkörper aus mittellegiertem Stahl der Zusammen setzung
- 10,1-0,8% Kohlenstoff
  0,0-20,0% Chrom
  0.0-15,0% Mangan
  0,0-10,0% Vanadin
  0,0-10,0% Wolfram
  0,0-10,0% Niob
  0,0-12% Nickel
  0,1-5,0% Silizium
  (Rest Eisen sowie übliche Eisenbegleiter wie Schwefel und Phosphor),
wobei der Grundkörper einen in einem Meißelhalter befe stigbaren Schaftbereich und einen aus dem Meißelhalter überstehenden Bereich aufweist;
b) einer zumindest bereichsweise auf den über den Meißel halter überstehenden Bereich des Grundkörpers im Wege des Plasma-Pulver-Auftragschweißens aufgebrachten Ver schleißschutzschicht der ungefähren folgenden Zusammen setzung
- 1,5-8,0% Kohlenstoff
  3,0-40,0% Chrom
  0,1-30,0% Vanadin
  0,1-30,0% Niob
  0,1-60,0% Wolfram
  0,0-8,0% Bor
  0,1-8,0% Silizium
  0,1-15,0% Mangan
  0,1-8,0% Nickel;
c) mit einem Hartstift, der in einer Aufnahmeöffnung des Grundkörpers befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
d) der Schaftbereich (3) zur freien Verdrehbarkeit gegen über dem Meißelhalter (9) ausgebildet ist;
e) die Verschleißschutzschicht die Gestalt mindestens einer Raupe (8) hat, die frei über die benachbarte Oberfläche des den Meißelhalter (9) überstehenden Bereichs des Grundkörpers (2) übersteht, derart, daß an den Seiten flächen der Raupe (8) Kräfte angreifen können, welche in Umfangsrichtung wirken.

2. Rundmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raupe (8) spiralig um den über den Meißelhalter (9) überstehenden Bereich des Grundkörpers (2) gelegt ist.

3. Rundmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Draufsicht strahlenförmig angeord nete Raupen auf den über den Meißelhalter (9) überstehenden Bereich des Grundkörpers aufgebracht sind.

4. Rundmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der oder den Raupe(n) (8) bedeckte Fläche etwa 30 bis 70% der Fläche des überstehenden Bereiches (4) des Grundkörpers (2) beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Rundmeißels oder ähn lichen Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Hartstift in die Aufnahmeöffnung des Grundkörpers eingelötet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Aufbringen der Raupe(n) (8) in den Grundkörper (2) eingebrachte Wärme größer als zur Auftragschweißung selbst erforderlich ist und so gewählt wird, daß der Grund körper (2) auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher das zur Befestigung des Hartstiftes (7) verwendete Lot schmilzt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Rundmeißels oder ähn lichen Werkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Hartstift in die Aufnahmeöffnung des Grundkörpers eingelötet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das PTA-Auftragschweißen vor dem Löten stattfindet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot mit einem Schmelzpunkt unter 800°C ver wendet wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Rundmeißels oder ähn lichen Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmelze des durch das PTA-Auftragschweißen aufgebrachten Materials zusätz liche Hartstoffe eingestreut werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe Karbide, insbesondere Wolframkar bide, Vanadinkarbide, Titankarbide und/oder Chromkarbide sind.