BAUMASCHINE

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines verschleißfesten Stahlbauteils.

Im Stand der Technik sind verschiedene verschleißfeste Stähle am Markt verfügbar. Die verschleißfesten Stähle kommen in Maschinen überall dort zum Einsatz, wo mit hohem abrasiven Verschleiß zu rechnen ist. Dieser hohe abrasive Verschleiß findet seine Herkunft hauptsächlich in den Verschleißarten Stoßbelastung und Reibverschleiß. Durch harte Gegenstände, die mit den verschleißfesten Maschinenbauteilen in Kontakt geraten, werden an den Stählen kontinuierlich Oberflächensegmente abgetragen, so dass es zu einem derartigen Verschleiß kommt, dass diese Maschinenbauteile ausgewechselt werden müssen, sobald sie ein kritisches Verschleißniveau unterschritten haben.

Um diesem abrasiv bedingten Verschleiß entgegen zu wirken, gibt es aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeiten, die Maschinenbauteile nach deren Herstellung zu härten. Diese Härtungsmöglichkeiten bestehen z.B. in dem Aufbringen einer verschleißfesten Oberflächenschicht. Dies ermöglicht zunächst einen Einsatz des verschleißfesten Maschinenbauteils, mit nur geringer Abnutzung. Ist jedoch die Oberflächenschicht selbst durch abrasiven Verschleiß abgenutzt, so wird auch das darunterliegende Maschinenbauteil durch stärkeren Verschleiß in seiner Festigkeit beeinträchtigt.

Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit besteht in dem Einsatz eines verschleißfesten Stahles. Dieser verschleißfeste Stahl hat jedoch nur begrenzte Möglichkeiten, als komplexes Maschinenbauteil ausgebildet zu sein. Eine Umformung oder aber auch ein Nachbearbeiten beispielsweise durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren sind aufgrund der hohen Härte nur bedingt durchführbar. Auch ist ein nachträgliches Bearbeiten relativ kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, Maschinen bzw. Komponenten von Maschinen, die einem hohen abrasiven Verschleiß ausgesetzt sind, in ihrer Lebensdauer zu verlängern und kostengünstiger betreiben zu können.

Die zuvor genannte Aufgabe wird durch die Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils gemäß einem der Patentansprüche 1 , 2, 4 und 5 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 Härte Brinell (HB), als Stahlbauteil in Baumaschinen, findet besonders bevorzugt Anwendung als Baggerschaufel, Betonmischerschaufel, Förderschneckenschaufel oder aber Transportschaufel für Förderanlagen. Ergänzende Verwendung bei Baumaschinen, die einem hohen abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, sind auch Bestandteil der erfindungsgemäßen Verwendung. Die erfindungsgemäße Verwendung sieht weiterhin den Einsatz eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB als Stahlbauteil in Agrarmaschinen vor. Besonders bevorzugt findet hier ein verschleißfestes Stahlbauteil die Verwendung an einem Pflug oder aber einer Schneidereinrichtung von Erntemaschinen. Im Falle der Verwendung an einem Pflug ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn das verschleißfeste Stahlbauteil als Schar, Scharspitze bzw. Scharmesser, Scharblatt, Leitblech, Scharfuß, Halter für Scharspitze, Meißel, Furchenbrecher, Pflugsohle bzw. Anlage, Anlagenkeil, Anlagenschoner, Sohlenblock bzw. Sohlenklotz, Sech, Streichblech bzw. Mollblech bzw. Streichschiene, Streichblechkante bzw. Mollblechkante, Einlegeblech, Streifen bzw. Streifenkörper oder Abstreifer oder an einer Schneideinrichtung einer Erntemaschine als Messer oder Klinge zum Einsatz gelangt.

In einer weiteren bevorzugten Verwendungsmöglichkeit eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB wird das Stahlbauteil in Bergbaumaschinen, vorzugsweise bei Förderelementen, Brechelementen oder Sortieranlagen eingesetzt.

In einer anderen bevorzugten Verwendungsmöglichkeit eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB wird das verschleißfeste Stahlbauteil in Versorgungs-, Transport-, Räumungs- oder Instandhaltungsmaschinen bzw. - geräten, vorzugsweise in Schneeräumungsmaschinen oder als Schar und/oder Schürfleiste in einem Schneepflug oder in einer Schneefräse, eingesetzt.

In noch einer anderen bevorzugten Verwendungsmöglichkeit eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB wird das verschleißfeste Stahlbauteil in Haus-, Garten-, Heimwerker- oder Handwerksmaschinen bzw. -geraten, die hohem abrasiven Verschleiß ausgesetzt sind, eingesetzt. In den genannten Baumaschinen, Agrarmaschinen, Bergbaumaschinen oder Versorgungs-, Transport-, Räumungs- oder Instandhaltungsmaschinen bzw. - geraten kann dabei das verschleißfeste Stahlbauteil insbesondere als Gleitplatte ausgebildet sein bzw. als solche verwendet werden. Im Falle einer Erntemaschine kann das verschleißfeste Stahlbauteil weiterhin insbesondere als Ährenheber ausgebildet sein bzw. als solcher verwendet werden.

In Bezug auf die Härte des warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils sei an dieser Stelle erwähnt, dass es auch denkbar und zur Erfindung zu zählen ist, dass das verschleißfeste Stahlbauteil sogar eine Härte aufweist, die größer oder gleich 700 HB ist.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von warmumgeformten und pressgehärteten Bauteilen ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, ein hoch komplexes verschleißfestes Stahlbauteil herzustellen und in einem Bereich zu verwenden, in dem bisher nur die zu Anfang aus dem Stand der Technik bekannten aufgezählten Möglichkeiten zum Einsatz kamen. Insbesondere ergibt sich der Vorteil, dass die verschleißfesten Stahlbauteile als warm um geformte und pressgehärtete Stahlbauteile mit nur wenigen Verfahrensschritten hergestellt werden können.

Im Falle einer Baggerschaufel besteht somit die erfindungsgemäße Baggerschaufel in ihrer Gesamtheit aus verschleißfestem Stahl, ohne dass Schwachstellen durch Fügenähte oder ähnliches erzeugt sind bzw. sind Schwach stellen durch die Nachbehandlung derart ausgeglichen, dass erfindungsgemäß verwendete Baggerschaufeln eine hohe Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß aufweisen. Gleiches gilt für Betonmischer, Förderschneckenschaufeln bzw. sonstige Schaufeln in Förderanlagen oder ähnlichen Baumaschinen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung ist, dass die Herstellungskosten und auch die Betriebskosten der warm umgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteile immens sinken, da Austauschintervalle vergrößert werden bzw. die Langlebigkeit erhöht wird. Mit der erfindungsgemäßen Verwendung ist es möglich, Bauteile mit komplexen Bauteilgeometrien einzusetzen. Aufgrund des Warmumform- und Presshärteprozesses ist es insbesondere möglich, mit hoher Produktionsgenauigkeit bei gleichzeitig günstigen Fertigungskosten verschleißfeste Stahlbauteile herzustellen, die aufgrund des Warmumform- und Presshärteprozesses in ihrer Gesamtheit ein verschleißfestes Werkstoffgefüge aufweisen. Insbesondere werden Stahlplatinen mit einer Dicke zwischen 1 und 30 mm derart bearbeitet, dass verschleißfeste Stahlbauteile hergestellt und verwendet werden. Einem Materialabtrag durch abrasiven Verschleiß kann aufgrund des gesamten verschleißfesten Werkstoffgefüges des hergestellten Stahlbauteils gut entgegen gewirkt werden, da nicht nur eine verschleißfeste Oberfläche besteht, sondern das Stahlbauteil in seiner Gesamtheit verschleißfest ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass warmumgeformte und pressgehärtete Stahlbauteile besonders lange im Einsatz verbleiben können, was wiederum eine Kostensenkung des Betriebes von Maschinen mit erfindungsgemäß verwendeten Stahlbauteilen darstellt.

Die erfindungsgemäße Verwendung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Stahlbauteile zumindest partiell nachbehandelt sind, beispielsweise durch ein partielles Wärmebehandeln. Durch das Wärmebehandeln wird die Möglichkeit gegeben, das erfindungsgemäß verwendete verschleißfeste Stahlbauteil in weiteren Schritten nachzubearbeiten, ohne dass wesentliche Einschränkungen der verschleißfesten Härte erfolgen. Die Wärmebehandlung kann in mehreren Stufen oder Schritten durchgeführt werden. Eine besonders bevorzugte Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Stahlbauteil auf eine Aufwärmtemperatur in einem Bereich zwischen 500 und 900 Grad aufgewärmt wird, die Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit gehalten wird und anschließend von der Aufwärmtemperatur in mindestens einer Phase abgekühlt wird.

Als Vorteil der erfindungsgemäßen Nachbehandlung ergibt sich, dass gezielt in den gewünschten Bereichen Werkstoffeigenschaften prozesssicher herstellbar sind, die für eine erfindungsgemäße Verwendung des verschleißfesten Stahlbauteils benötigt werden. Die Starttemperatur der Aufwärmung ist immer kleiner als die Martensit Starttemperatur, vorzugsweise liegt die Starttemperatur unterhalb von 200 Grad Celsius.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß verwendeten Stahlbauteile wird zu deren Herstellung eine Stahllegierung verwendet, die folgende Legierungselemente jeweils in Gewichtsprozent aufweist:

0,2 bis 0,4 % Kohlenstoff (C)

0,3 bis 0,8 % Silizium <Si)

1 ,0 bis 2,5 % Mangan (Mn)

max. 0,02 % Phosphor (P)

max. 0,02 % Schwefel (S)

max. 0,05 & Aluminium (AI)

max. 2 % Kupfer (Cu)

0,1 bis 0,5 % Chrom (Cr)

max. 2 % Nickel (Ni)

0,1 bis 1 % Molybdän (Mo)

0,001 bis 0,01 % Bor (B)

0,01 bis 1 % Wolfram (W)

max. 0,05 % Stickstoff (N)

oder

0,35 bis 0,55 % Kohlenstoff (C)

0,1 bis 2,5 % Silizium (Si)

0,3 bis 2,5 % Mangan (Mn)

max. 0,05 % Phosphor (P)

max. 0,01 % Schwefel (S)

max. 0,08 % Aluminium (AI)

max. 0,5 % Kupfer (Cu)

0,1 bis 2,0 % Chrom (Cr)

max. 3,0 % Nickel (Ni)

max. 1 ,0 % Molybdän (Mo)

max. 2,0 % Kobalt (Co)

0,001 bis 0,005 % Bor (B)

0,01 bis 0,08 % Niob (Nb)

max. 0,4 % Vanadium (V)

max. 0,02 % Stickstoff (N)

max. 0,2 % Titan (Ti)

oder

0,40 bis 0,44 % Kohlenstoff (C) 0,1 bis 0,5 % Silizium (Si)

0,5 bis 1 ,2 % Mangan (Mn)

max. 0,02 % Phosphor (P)

max. 0,005 % Schwefel (S)

max. 0,05 % Aluminium (AI)

max. 0,2 % Kupfer (Cu)

0,3 bis 0,8 % Chrom (Cr)

,0 bis 2,5 % Nickel (Ni)

0,2 bis 0,6 % Molybdän (Mo)

0,5 bis 2,0 % Kobalt (Co)

0,0015 bis 0,005 % Bor (B)

0,02 bis 0,05 % Niob (Nb)

max. 0,4 % Vanadium (V)

max. 0,015 % Stickstoff (N)

0,01 bis 0,05 % Titan (Ti)

oder

0,42 bis 0,45 % Kohlenstoff (C)

0,30 bis 0,40 % Silizium (Si)

0,80 bis 0,90 % Mangan (Mn)

max. 0,012 % Phosphor (P)

max. 0,001 % Schwefel (S)

0,020 bis 0,050 % Aluminium (AI)

max. 0,10 % Kupfer (Cu)

0,50 bis 0,60 % Chrom (Cr)

2,00 bis 2,20 % Nickel (Ni)

0,45 bis 0,59 % Molybdän (Mo)

0,90 bis 1 ,10 % Kobalt (Co)

0,002 bis 0,004 % Bor (B)

max. 0,008 % Stickstoff (N)

0,015 bis 0,025 % Titan (Ti)

max. 0,030 % Zinn (Sn).

Durch die erfindungsgemäß verwendeten Legierungsbestandteile eignet sich die Stahllegierung besonders durch ihre Formbarkeit im weichen Zustand und das Abkühlverhalten für ein gegebenenfalls kaltes Vorformen sowie für einen Warmformvorgang, verbunden mit einer Härtung im Werkzeug, und erreicht zugleich die für eine verschleißfeste Werkstoffgefügezusammensetzung erwünschten Härten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird das erfindungsgemäß verwendete Stahlbauteil mit Biegewinkeln von mehr als 5 Grad hergestellt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, komplexe Geometrien von verschleißfesten Stahlbauteilen einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind bis dato nur verschleißfeste Stahlbauteile mit stumpfen Biegewinkeln, also Biegewinkeln von deutlich unter 5 Grad herstellbar, da die Stahlbauteile aufgrund ihrer hohen verschleißfest bedingten Härte nur in geringem Maße umformbar sind. Durch erfindungsgemäß verwendete Stahlbauteile besteht die Möglichkeit, hochkomplexe Geometrien derart einzusetzen, dass Biegewinkel von mehr als 5 Grad, insbesondere von mehr als 10 oder aber auch 15 Grad vorhanden sind. Beispielsweise besteht somit die Möglichkeit, Geometrien in Form einer Baggerschaufel oder ähnlichem mit nur einem Verfahrensschritt in einen Endzustand umzuformen und im Anschluss daran die hergestellten Bauteile erfindungsgemäß zu verwenden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verwendung weist das verschleißfeste Stahlbauteil eine Härte von mehr als 550 HB auf. Hierbei ist es erfindungsgemäß wesentlich, dass das ungehärtete Stahlblech mit dem Warm umform verfahren umgeformt und anschließend pressgehärtet wird. Aus dem Stand der Technik sind bis dato nur verschleißfeste Stahlbauteüe bekannt, die eine Härte bis zu 450 HB aufweisen, wobei diese im Wesentlichen als Stahlplatine bzw. ebene Stahlbauteile ausgebildet sind. Hier wird insbesondere durch die erfindungsgemäße Verwendung die Möglichkeit gegeben, komplexe Stahlbauteilgeometrien mit höheren Härtegraden zum Einsatz zu bringen.

Es ist vorteilhaft, wenn in das Stahlbauteil in einem Lochungsschritt mittels zumindest eines Lochwerkzeugs zumindest ein durchgehender Durchbruch und/oder zumindest eine Ausnehmung eingebracht wird. Dabei ist es gemäß einer ersten Variante bevorzugt, wenn der zumindest eine durchgehende Durchbruch und/oder die zumindest eine Ausnehmung während eines Zeitabschnittes des Warmumformens und/oder Presshärtens in das noch warme oder zumindest noch nicht vollständig abgekühlte Stahlbauteit eingebracht wird bzw. werden. Im Falle dieser ersten Variante ist es besonders bevorzugt, wenn das zumindest eine Lochwerkzeug nach dem Lochungsschritt aus dem noch warmen oder zumindest noch nicht vollständig abgekühlten Stahlbauteil wieder herausgeführt wird. Gemäß einer zweiten Variante ist es bevorzugt, wenn der zumindest eine durchgehende Durchbruch und/oder die zumindest eine Ausnehmung vor dem Warm umformen eingebracht wird bzw. werden.

Sofern in das verschleißfeste Stahlbauteil durch einen zuvor genannten Lochungsschritt ein durchgehender Durchbruch und/oder zumindest eine Ausnehmung eingebracht wird bzw. werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn der in das Stahlbauteil eingebrachte zumindest eine durchgehende Durchbruch zu einer Flächenseite des Stahlbauteils hin mit einer Fase oder zu beiden Flächenseiten des Stahlbauteils hin mit jeweils einer Fase versehen wird und/oder die zumindest eine Ausnehmung mit einer Fase versehen wird. In diesem Fall ist es äußerst bevorzugt, wenn die Anfasung des zumindest einen durchgehenden Durchbruchs und/oder der zumindest einen Ausnehmung während eines Zeitabschnittes des Warmumformens und/oder Presshärtens in das warme oder zumindest noch nicht vollständig abgekühlte Stahlbauteil durchgeführt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung in einer konkreten Ausführungsform anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsform weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und/oder Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Dabei zeigt die Figur:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht einer Scharspitze eines Pfluges, die mit einem Loch versehen ist, wobei das Loch zur konkav gebogenen Flächenseite hin, ein Fase aufweist

Im Falle der dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung wird das warmumgeformte und pressgehärtete, verschleißfeste Stahlbauteil an einem Pflug als eine Scharspitze 1 verwendet. Die Scharspitze 1 weist eine konkav gebogene Flächenseite 2 auf. Durch die Scharspitze 1 hindurch verläuft das Loch 3, wobei das Loch 3 in einem Lochungsschritt mittels zumindest eines Lochwerkzeugs eingebracht worden ist. Der Lochungsschritt wird unmittelbar nach dem Warmumformen und noch vor Beginn des Presshärtens durchgeführt. Somit wird erreicht, dass das Loch 3 in das noch warme Stahlbauteil eingebracht wird. Das Lochwerkzeug wird dabei nach dem Lochungsschritt unmittelbar aus dem noch warmen Stahlbauteil wieder herausgeführt, wodurch vermieden wird, dass eine Aufschrumpfung des Stahlbauteils auf dem Lochwerkzeug erfolgt bzw. erfolgen könnte.

Zur konkav gebogenen Flächenseite 2 des Stahlbauteils hin wird das Stahlbauteil mit einer Fase 4 versehen. Dabei wird die Anfasung des Loches 3 nach der Durchführung des Lochungsschrittes in das noch warme Stahlbauteil durchgeführt.

Bezuqszeichenliste:

1 - Scharspitze

2 - konkav gebogene Flächenseite

3 - Loch

4 - Fase