Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers, wobei der Zahn teilweise aus einem Metallmatrix- Verbundwerkstoff ausgebildet ist und der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial eingegossene Einlage aus einem Hartstoff aufweist, wobei die Einlage zumindest teilweise die Oberfläche des Zahns ausbildet, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zahns.

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.

Die Baggerzähne gehören zu den häufigsten Verschleißteilen von Schaufelradbaggern, die für die Gewinnung von abrasiven mineralischen Stoffen eingesetzt werden. Um die Zahnwechselhäufigkeit zu reduzieren und somit die Verfügbarkeit des Baggers zu erhöhen, werden in verschleißintensiven Abbaubereichen Baggerzähne mit speziellem Verschleißschutz verwendet. Dabei werden nach dem Stand der Technik oft auf der Oberfläche von Zahnspitzen karbidhaltige Schichten mit einer Schweißelektrode aufgetragen, die die Zahnspitze von allen Seiten etwa gleichmäßig umhüllen. Eine Umhüllung von recht komplexen Zahnspitzformen durch eine Schweißbeschichtung ist extrem zeit- und kostenaufwändig, was zu einer mehrfachen Erhöhung der Kosten für die Herstellung der Baggerzähne führt.

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.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahn für einen Schaufelradbagger bereitzustellen, der einfach herstellbar ist und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Zahn mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einlage aus dem Metallmatrix- Verbundwerkstoff mindestens im Bereich des Zahnkopfs des Baggerzahnes angeordnet ist und diesen Zahnkopf im Bereich mindestens zweier Außenflächen umschließt. Diese Außenflächen können insbesondere zwei seitliche Schneidflächen und gegebenenfalls eine untere Schneidfläche des Zahnes umfassen, welche hierin auch als mittlere Ripperfläche bezeichnet wird. Es können beispielsweise drei oder mehr Außenflächen des Zahnkopfs von der Einlage umschlossen sein.

Eine Besonderheit des kontinuierlich arbeitenden Schaufelradbaggers ist der im Wesentlichen sich wiederholende Grabvorgang mit in etwa gleichen Materialquerschnitten, Schnittgeschwindigkeiten und Zahneinstellungen. Jeder Baggerzahn wird bei korrekter Auslegung im Wesentlichen durch eine bestimmte Bewegungsrichtung (Grabrichtung) beansprucht und verschleißt dementsprechend. Durch den Zahnverschleiß verändert sich die Form der Zahnspitze, was zur starken Abrundung der Zahnspitzen im Bereich der Schneidkanten und somit zu einer deutlichen Grabkrafterhöhung führen kann. Um die negative Auswirkung von kontinuierlich verschleißenden Baggerzähnen auf den Baggervorgang zu verhindern, sind insbesondere die nachfolgend genannten, im Rahmen von Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bevorzugten, geometrischen Merkmale der in den Baggerzahn eingegossenen Einlage vorteilhaft. Vorzugsweise weist die Einlage im Bereich der Oberflächen des Zahnkopfs eine Materialstärke von 2 mm bis 25 mm auf oder sie erstreckt sich über 4 % bis 50 % der maximalen Querschnittsbreite, vorzugsweise weist sie eine Materialstärke von 3 mm bis 15 mm auf oder erstreckt sich über 6 % bis 30 % der maximalen Querschnittsbreite, besonders bevorzugt weist sie eine Materialstärke von 5 mm bis 10 mm auf oder erstreckt sich über 10 % bis 20 % der maximalen Querschnittsbreite.

Vorzugsweise ist die der Schnittgeschwindigkeit entgegengesetzte obere Fläche des Zahnkopfs, die hierin auch als hintere Flächen bezeichnet wird, nicht mit der Einlage bedeckt. Vorzugsweise hat der Zahnkopf einen viereckigen Querschnitt (quer zu seiner Längsrichtung geschnitten), so dass sich insgesamt vier Außenflächen ergeben. Von diesen vier Außenflächen sind zwei gegenüberliegende Flächen die seitlichen

Schneidflächen, eine dritte Fläche ist die untere Schneidfläche (oder mittlere

Ripperfläche) und eine vierte Fläche ist die obere (hintere) Fläche des Zahns, wobei diese hintere Fläche beispielsweise konkav gekrümmt ausgebildet sein kann. Diese hintere Fläche des Zahnkopfs ist vorzugsweise nicht mit der Einlage aus dem

Metallmatrix-Verbundwerkstoff versehen, während die drei übrigen Flächen (die drei vorgenannten Schneidflächen) mit dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff versehen sind.

Vorzugsweise weist die Einlage aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff in einer Schnittebene quer zur Zahnlängsrichtung gesehen eine V-Form oder eine Trapezform auf.

Weiterhin ist die Einlage schalenförmig ausgebildet, das heißt, die Einlage umgibt hüllenartigen und mit einer definierten Materialstärke einen Kern des Baggerzahnkopfs, wobei dieser Kern bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Gusswerkstoff besteht, wobei es sich um das Metallmatrix-Material handeln kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Einlage aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff im Bereich der Spitze des Zahnkopfs eine größere Materialstärke auf als in anderen Bereichen des Zahnkopfs. Mit anderen Worten, bei dieser möglichen Ausführungsvariante nimmt die Materialstärke der Einlage von der Spitze des Zahnkopfs aus beispielsweise zum Zahnschaft hin ab. Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Einlage aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff im Bereich der Spitze des Zahnkopfs einen größeren Hartstoffanteil auf als in anderen Bereichen des Zahnkopfs. Die Spitze des Zahnkopfs kommt als erste mit den abzutragenden abrasiven mineralischen Stoffen in Kontakt und ist daher dem größten Verschleiß ausgesetzt.

Daher kann es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der

vorliegenden Erfindung von Vorteil sein, wenn die Materialstärke der Einlage aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff von der Spitze des Zahnkopfs ausgehend zu dem dem Zahnschaft zugewandten Endbereich des Zahnkopfs hin allmählich abnimmt.

Außerdem ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von Vorteil, wenn die Materialstärke der Einlage aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff zum hinteren Endbereich des Zahnkopfs hin kontinuierlich ohne Kerbbildung abnimmt, insbesondere ausläuft. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung in diesen Bereichen reduziert werden.

Die vorliegende Erfindung schlägt ein gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik alternatives Verfahren zur Anbringung einer

Zahnverschleißschutzbeschichtung vor, bei dem vor dem Gießen in die Zahngussform eine Einlage aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff insbesondere im Zahnkopfbereich eingebracht und dann beim Gießvorgang mit dem metallischen Gusswerkstoff umschlossen wird. Die in dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff bereits enthaltenen oder beim Gießvorgang entstehenden Hartstoffe, wie beispielsweise Wolframcarbid, Chromcarbid, Titancarbid oder dergleichen, mit einem Volumenanteil von beispielsweise 20 bis 80 %, werden dabei in dem Gusswerkstoff als Matrix verteilt und nach dem Abkühlen fixiert.

Mindestens ein Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers ist somit gemäß einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung 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.

Hartstoffe umfassen beispielsweise Keramik, Diamant, Karbide oder Nitride. Hartstoffe weisen insbesondere eine Härte von 950HV30 bis 2200 HV30, vorzugsweise 1500HV30 bis 2200HV30 auf.

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.

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.

Die Einlage umfasst beispielsweise einen Hartstoff aus der nachfolgenden Aufzählung umfassend 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 nachfolgenden Aufzählung umfassend 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. Vorzugsweise umfasst die Einlage etwa 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 75%, höchst vorzugsweise 45% - 55% Wolframcarbid, wobei der restliche Bestandteil der Einlage hauptsächlich Kohlenstoff mit einem Rest ist.

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 Volumenprozente.

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.

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 %.

Die Ausbildung des Zahns aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff bietet den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit und eines hohen Verschleißschutzes, der aus der aus einem Hartstoff ausgebildeten Einlage resultiert.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Einlage aus einem pulverförmigen und/ oder körnigen Gemisch aus beispielsweise einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen 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 herzustellen.

Das pulverförmige Material aus einem oder einer Mischung aus zwei oder mehreren Elementen ausgewählt aus Wolfram, Chrom, Niob, Vanadium, Bor, Titan, Silizium oder Tantal 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, so dass 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.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage beispielsweise aus einem pulverförmigen und/ oder körnigen Gemisch aus Partikeln (Körnern), insbesondere Hartstoffen umfassend Keramik, wie Aluminium- und Zirkoniumoxid oder Hartmetall, vorzugsweise Carbide und Nitride wie Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid, Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid und/oder Titannitrid, oder einer 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 flexiblen 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 infiltriert.

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, welches bei dem oben beschriebenen Herstellungsvorgang in die poröse Struktur des Hartstoffs eindringt.

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.

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, so dass 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. 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 kostengünstigeren Metallmatrixmaterial gegossen werden. Insbesondere weist die Einlage eine Dicke von etwa 5 mm bis etwa 50 mm, vorzugsweise etwa 5mm bis etwa 25 mm auf. Vorzugsweise erstreckt sich die Einlage über die gesamte Breite des Zahnkopfs.

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.

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 io

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.

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 dabei schalenförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind alle äußeren Flächen des Zahnkopfes Schneidflächen und die Einlage ist beispielsweise hüllenförmig ausgebildet, so dass 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.

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.

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 wird beispielsweise mehr als 60% bis 95%, vorzugsweise 70% bis 90%, insbesondere 80% verstanden. Insbesondere sind zusätzlich zumindest eine Schneidfläche oder mehrere Außenflächen nicht mit einer Einlage versehen, die sich insbesondere vollständig entlang der Schneidflächen erstrecken. 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. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Baggerschaufel zum Anbringen an einen Schaufelradrahmen eines Schaufelradbaggers, welche mindestens einen Zahn der zuvor beschriebenen Art aufweist. 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.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin 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, wobei die Einlage schalenförmig ausgebildet ist/wird.

Die mit Bezug auf den Zahn beschriebenen Vorteile und Erläuterungen, treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung auch auf das Verfahren zur Herstellung des Zahns zu.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Einlage vor dem Positionieren aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus einem Hartstoff beispielsweise mittels Kleben, Pressen oder Sintern hergestellt.

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.

Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schaufelrades eines Schaufelradbaggers mit einer Mehrzahl von Baggerschaufeln in einer Frontansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers in einer Seitenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 eine Draufsicht auf den in Figur 2 dargestellten Baggerzahn;

Figur 4 eine schematische Teilansicht eines Baggerzahns gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 2, wobei der Baggerzahn im vorderen Bereich des Zahnkopfs im Schnitt dargestellt ist.

Nachfolgend wird zunächst auf die Figur 1 Bezug genommen. Diese Darstellung 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 Fig. 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 Fig. 1 dargestellte Schaufelrad 10 acht Schaufeln 12 auf, die gleichmäßig zueinander beabstandet an dem äußeren Umfang des Schaufelradrahmens 18 angebracht sind. Jede Schaufel 12 kann um eine Schwenkachse rotierbar an dem Schaufelradrahmen 18 angebracht sein. Das Schaufelrad 10 rotiert im Betrieb um die Mittelachse des Schaufelradrahmens. In dem Beispiel der Fig. 1 ist die Rotationsrichtung beispielhaft im Uhrzeigersinn angegeben. Vorzugsweise weist jede Baggerschaufel 12 jeweils mehrere Baggerzähne 20 im vorderen Bereich an der Schnittkante 14 der Schaufel 12 auf, dort wo diese Schaufel 12 in das abzutragende Material eingreift. Einer dieser an der Baggerschaufel 12 angebrachten Zähne 20 ist im Detail in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen 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, die der Schnittgeschwindigkeit entgegengesetzt angeordnet ist und daher hierin als hintere Fläche 28 bezeichnet wird und eine untere Fläche, die hierin als mittlere Ripperfläche 30 bezeichnet wird.

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 der Baggerschaufel 12 anliegt. Vorzugsweise wird der Zahnschaft an der Schnittkante 14 der Baggerschaufel 12 befestigt.

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.

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, so dass dieses in die Einlage 44 filtriert und diese zumindest teilweise oder vollständig umschließt.

Die Einlage 44 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 derart ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Schneidfläche des Zahns 20 erstreckt (siehe auch Figur 4). Vorzugsweise bildet die Einlage 44 zumindest teilweise die seitlichen Schneidflächen 26 und die mittlere Ripperfläche 30 an der Unterseite des Zahnkopfs 22 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, so dass dieses in die Einlage vorzugsweise infiltriert. Beispielhaft ist der gesamte Zahn 20 aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet. Die hintere 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 hintere Fläche 28 des Zahnkopfes 22 ausbilden. Die hintere 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, so dass sich die Zahnform des Zahns 20 verschärft.

Fig. 4 zeigt den Zahn 20 gemäß Fig. 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 mittleren Ripperfläche 30 an der Unterseite des Zahns und ist vorzugsweise schalenförmig und einstückig ausgebildet.

Bezugszeichenliste

10 Schaufelrad

12 Baggerschaufel 14 Schnittkante

18 Schaufelradrahmen

20 Zahn

22 Zahnkopf

24 Zahnschaft

26 Schneidfläche 28 hintere Fläche

30 mittlere Ripperfläche 32 Schenkel

34 Schenkel

36 Bohrung

38 Bohrung

40 Anschlag

42 Metallmatrixmaterial 44 Einlage