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Die
Erfindung betrifft ein profiliertes Antriebselement sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Selben.
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Antriebselemente
der in Rede stehenden Art, speziell deren kraftübertragende Teile in Form von
Zähnen,
Höckern,
Noppen und Ähnlichem,
die auch wie beispielsweise Turasecken auswechselbar sein können, sind
Bestandteil von Antriebs- und Umlenkkörpern von Kettentrieben sowie
von Antrieben mit segmentierten Führungsbahnen, Triebstöcken, Zahnstangen
und dgl.. Sie stehen mit diesen Konstruktionsteilen in direkter
Wirkverbindung unterliegen daher speziell bei Verwendung in der
Fördertechnik,
so auch bei Eimerketten von Tagebaugroßgeräten und deren Turasantrieben,
einem sehr hohen Verschleiß,
was sich direkt auf den Instandhaltungsaufwand und letztlich negativ
auf die Produktionskosten auswirkt.
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Somit
steht die Verbesserung des Verschleißverhaltens derartiger Antriebe
ständig
aufgabenhaft im Raum.
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Stand der Technik
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In
der Regel müssen
verschlissene profilierte Antriebselemente wie beispielsweise Ritzel
auf Grund ihrer kompakten Bauweise durch Neuteile ersetzt werden.
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In
der Fördertechnik,
insbesondere in der Montanindustrie, sind vorwiegend Turasantriebe
als Kraftübertragungselemente
für Eimerkettenantriebe von
Unstetigförderern,
nämlich
Tagebaugroßgeräten, im
Einsatz. Das treibende bzw. umlenkende Polygonrad ist mit auswechselbaren
Turasecken ausgestattet, die für
die direkte Kraftübertragung
und darüber hinaus
für die
Führung
der Steckbolzenkette oder auch anderer Aggregate verantwortlich
sind.
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Turasecken
unterliegen daher sehr hohen mechanischen Beanspruchungen.
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Sie
können
zum Einen als Kompaktbauteile komplett aus einem Hartguss, zum Beispiel
GHK 60, gefertigt werden, was allerdings nach sich zieht, dass eine
Aufarbeitung der Verschleißbereiche
nahezu unmöglich
ist.
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Zum
Anderen sind sie aber auch nach dem derzeitigen Stand der Technik
aus einem Grundkörper
aus Stahlguss herstellbar, wobei die Funktionsflächen des Bauteiles durch spezielle
Auftragschweißprozesse
erzeugt werden.
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Die
Konturen und Funktionsflächen
dieser Turasecken sind nach dem Verschleiß durch Auftragschweißen wieder
herstellbar. Somit können
diese Verschleißteile
mehrfach für
erneute Einsätze
instandgesetzt werden.
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Die
Wiederaufarbeitungstechnologie, die sich zumindest in der Montanindustrie
allgemein durchgesetzt hat, ist allerdings mit Nachteilen behaftet.
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In
Folge der mechanischen Beanspruchung der Turasecken im Betrieb aber
auch durch thermische und metallurgische Beeinflussungen beim Auftragschweißen selbst
kommt es zu Materialveränderungen
der Bauteile, die eine Instandsetzung nachteilig im Hinblick auf
das Verschleißverhalten
beeinflussen oder gänzlich
ausschließen.
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Während des
Auftragschweißens
können sich
Risse bilden, was zur völligen
Unbrauchbarkeit führt.
In den mit unterschiedlichen Technologien aufgeschweißten Bereichen
der Turasecke kommt es zu erheblichen Qualitätsschwankungen, die ihre Ursache
in einer unterschiedlichen Verteilung von Karbid und anderen Legierungsbestandteilen
haben. Dies führt
zu sehr differenzierten Verschleißverhalten der in Rede stehenden
Turasecken.
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Zu
geringer Karbidanteil und ein gewisser Mangel an Legierungsbestandteilen
in den Verschleißbereichen
führt zu
höheren
Verschleiß und damit
zu unakzeptabel geringen Standzeiten.
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Verschiedentlich
sind auch große
Härteanstiege
im Bereich der Auftragschweißung,
speziell an den Stirnseiten des Zahns, zu verzeichnen. Die Materialabträge verlagern
sich in diesem Fall auf die mit den Turasecken zusammenarbeitenden
Teile, nämlich
Dickschaken und Eimerschaken, bis hin zu deren vorzeitiger Zerstörung.
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Eine
Turasecke nach dem Stand der Technik ist ein auswechselbarer Bestandteil
eines Antriebs- bzw. Umlenkturases, der im Wesentlichen aus einem auf
der Antriebswelle montierten Turaskörper, einer Schutzscheibe,
vier oder mehr Turasecken und einem Anpressring zur Arretierung
der Turasecken zusammengesetzt ist.
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Sie
besteht aus einem Grundkörper,
beinhaltend die Grobkontur für
einen zugehörigen
Zahn. Die entgültige
Zahnkontur wird durch nachträgliche
Auftragschweißung
erzeugt, ebenso die Kontur der Verschleißschutzschicht am Grundkörper.
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Auf
Grund der derzeitigen Zahngeometrie besteht eine schlechte Zugängigkeit
zum Auftragschweißen
der Funktionsflächen
des Grundkörpers.
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Der
beschriebene Aufbau ist sowohl bei Neuteilen als auch bei aufgearbeiteten
Turasecken realisiert, wobei bei Letzteren gegebenenfalls vorbereitende
Schritte zur Wiederherstellung des Grundkörpers erforderlich sind.
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Aufgabenstellung
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Somit
besteht das Ziel der Erfindung darin, unter Beibehaltung der konstruktiven
Merkmale des Gesamtantriebs, die zugehörigen profilierten Antriebselemente,
insbesondere auch Turasecken, so auszugestalten, dass diese insgesamt
ein verbessertes und kalkulierbares homogenes Verschleißverhalten aufweisen.
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Die
Verschleißbereiche
bzw. Funktionsflächen
müssen
eine möglichst
gleichmäßige durchgängige Verteilung
von Karbiden der verwendeten Legierung und damit einen definiert
eingestellten Härtegrad
aufweisen, so dass die übrigen
Teile des Antriebs lediglich der nicht abwendbaren Reibung unterliegen
und nicht funktionsstörend
verschleißen.
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Aufgabenhaft
sind dazu entsprechende Merkmale für ein verschleißverbessertes
profiliertes Antriebselement vorzuschlagen, und zwar unter der Prämisse, dass
gestalterische Veränderungen
der Außenkonturen
unzulässig
sind.
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Als
Antriebselement ist dabei auch ein auswechselbares Kraftübertragungselement
eines gezahntes Antriebselements, beispielsweise eine Turasecke,
zu verstehen.
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Weiterhin
sind verfahrensseitige Maßnahmen
zur Herstellung eines solchen Antriebselements zu konzipieren.
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Die
Lösung
der Aufgabenstellung ist im Patentanspruch 1 für die Merkmale eines erfindungsgemäßen Antriebselements
und im Patentanspruch 7 für
ein Herstellungsverfahren eines solchen Antriebselements angegeben.
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In
der untergeordneten Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen beschrieben, die sich speziell
auf eine Turasecke und deren Herstellung beziehen.
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Daher
werden für
die folgende Erläuterung der
Erfindung im Wesentlichen auch die Merkmale einer Turasecke und
ein Verfahren zu deren Herstellung herangezogen.
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Ungeachtet
dessen richtet sich das Schutzbegehren aber auf Antriebselemente,
ob teilbar oder nicht teilbar, der eingangs beschriebenen gattungsgemäßen Art.
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Eine
Turasecke nach den Merkmalen der Erfindung ist aus einem Gussgrundkörper, dessen
Verschleiß-
bzw. Funktionsflächen
und gegebenenfalls weitere Bereiche durch Auftragschweißen mit
einem verschleißfesten
Werkstoff beschichtet sind, und einem Turaszahn, bestehend aus einem
homogenen verschleißfesten
Sonderbaustahl, zusammengefügt.
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Vorteilhafterweise
sind das Auftragschweißmaterial
und der Zahnwerkstoff in ihrem Verschleißverhalten identisch oder zumindest ähnlich.
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Beide
Teile, Zahn und Grundkörper,
sind mittels Elektronenstrahlschweißen stofflich miteinander verbunden.
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Durch
das Elektronenstrahlschweißen
erfolgt keine thermische Beeinflussung des Zahnwerkstoffs bzw. der
Auftragschweißung
des Grundkörpers.
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Verfahrensseitig
sind der Gussgrundkörper und
der Turaszahn zunächst
derart vorzubereiten, dass die Elektronenstrahlschweißung fachgerecht als
einfache I-Naht ausführbar
ist.
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Als
Gussgrundkörper
steht entweder ein Neuteil oder eine wiederverwendungsfähige gebrauchte
Turasecke mit oder ohne angeformte Zahngrundkontur zur Verfügung.
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Sofern
vorhanden ist die Zahngrundkontur bzw. der Altzahn vom Gussgrundkörper auf
geeignete Weise abzutrennen. Hierbei ist eine Materialzugabe für die Herstellung
der Schweißnaht
zu berücksichtigen.
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Nachfolgend
werden die Verschleißschutzbereiche
des so vorbereiteten bzw. als Neuteil zur Verfügung stehenden Gussgrundkörpers durch
Auftragsschweißen,
vorzugsweise Lichtbogenschweißen,
mit einem verschleißfesten
Werkstoff beschichtet.
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Im
Wesentlichen sind das die sich unmittelbar an die Fügekontaktfläche zum
Turaszahn anschließenden Übergangsbereiche,
gegebenenfalls auch Bereiche unter der Fügekontaktfläche, wobei letztere auch mit
einem dem Material des Gussgrundkörpers ähnlichen Werkstoff auffüllbar sind.
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Wie
bereits ausgeführt,
muss der Werkstoff für
die Auftragschweißung
der Funktionsflächen
ein gleiches oder ähnliches
Verschleißverhalten
wie der Zahnwerkstoff aufweisen.
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Zur
Schweißnahtvorbereitung
wird der Gussgrundkörper
nach erfolgter Auftragschweißung
mit einer ebenen Fügekontaktfläche versehen,
auf die der Turaszahn aufzusetzen ist. Letzterer steht als Anschweißteil, das
in vorbereitenden Schritten als Konturblech aus verschleißbeständigen Sonderbaustahl zugeschnitten
und ebenfalls mit einer Fügekontaktfläche versehen
wurde, zur Verfügung.
Beide Flächen
sind als Voraussetzung für
den Fügeprozess planparallel
zueinander passend ausgeführt.
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Durch
Elektronenstrahlschweißen
werden der Gussgrundkörper
und der Turaszahn schließlich zu
einer Turasecke verbunden. Die Wahl des Schweißverfahrens ist dabei bedeutend.
Unter der Prämisse,
dass die Homogenität
des Zahnmaterials und des Materials der Schweißauftragung am Gussgrundkörper unbeeinflusst
bleiben soll, ist mit dem Elektronenstrahlschweißen eine sichere Ausführung der
Schweißverbindung
unmittelbar am Gussgrundkörper
ohne metallurgische Beeinflussung, insbesondere auch der bereits
beschichteten Verschleißflächen des
Gussgrundkörpers,
möglich,
was im Wesentlichen auf den relativ geringen Wärmeeintrag zurückzuführen ist.
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Das
Verschleißverhalten
des Gesamtantriebs ist maßgeblich
durch die homogene Struktur des Turaszahn bestimmt, weil dieser über seinen
gesamten Querschnitt ein gleichmäßiges Verschleißverhalten
aufweist. Die übrigen
verschleißenden
Kettenteile sind stets gleichbleibend belastet.
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Diese
Kontinuität
im Verschleißverhalten
des Kettentriebes ermöglicht
eine präzisere
Planung der Wechselzyklen der Verschleißteile bei optimaler Ausnutzung
der zur Verfügung
stehenden Verschleißbereiche
an den Einzelbauteilen. Darüber
hinaus ist ein gewisser Schutz vor Überschreitung der Verschleißgrenzen,
insbesondere an den Schaken, gegeben.
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Da
das Auftragschweißen
auf den Gussgrundkörper
mit einem Lichtbogenschweißverfahren vor
dem Zusammenfügen
von Gussgrundkörper
und Turaszahn erfolgt, ergibt sich ein weiterer Vorteil, der in
der guten Zugängigkeit
der Beschichtungsbereiche zu sehen ist.
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Somit
steht eine Turasecke zur Verfügung, die
die Nachteile des Standes der Technik in erfinderische Weise überwindet.
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Verfahrensseitig
wird die Abfolge der Verfahrensschritte, insbesondere das definierte
Zusammenfügen
des Gussgrundkörpers
mit dem Turaszahn durch energiearmes Elektronenstrahlschweißen bei
vorbereitender Auftragsschweißung
am Gussgrundkörper,
als neu und erfinderisch angesehen.
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Die
beschriebenen Merkmale sind dabei nicht auf eine Turasecke und deren
Herstellung begrenzt, sondern auf alle profilierten Antriebselemente im
Sinne der Erfindung übertragbar.
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Ausführungsbeispiel
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Im
nachfolgenden Ausführungsbeispiel
ist eine in ihrem Verschleißverhalten
homogenere Turasecke für
den Antrieb der Steckbolzenkette eines Eimerkettenbaggers angegeben.
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Weiterhin
wird die Aufarbeitungstechnologie einer verschlissenen dem Stand
der Technik zugehörigen
Turasecke mit dem Ziel der Herstellung einer Turasecke nach den
Merkmalen der Erfindung vorgestellt.
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In
den 1 und 2 sind zunächst eine Turasecken nach dem
derzeitigen technischen Stand angegeben. Die Darstellungen in 3 und
in 4 zeigen erfindungsgemäße Turasecken.
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- 1
- Gussgrundkörper,
- 2
- Turaszahn,
- 3
- Auftragsschweißung,
- 4
- Auslaufbereich,
- 5
- Fügekontaktfläche,
- 6
- Schweißnaht der
Elektronenstrahlschweißung,
- h
- Schweißrezesshöhe.
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An
Eimerkettenbaggern verwendete Turasecken bestehen gemäß den 1 und 2 aus
einem Stahlgussgrundkörper,
der durch Auftragsschweißung
seine Endkontur erhält.
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4 zeigt
eine Turasecke der erfindungsgemäßen Art,
bei der der Gussgrundkörper 1,
und der Turaszahn 2 mittels Elektronenstrahlschweißen zu einer
verwendungsfähigen
Turasecke zusammengefügt
sind. Beide Teile sind in 3 in ungefügtem Zustand
dargestellt.
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Im
gewählten
Beispiel steht der Gussgrundkörper 1 als
verschlissenes aber wiederverwendungsfähiges Altteil, bei dem der
abgearbeitete Turaszahn abgetrennt wurde, zur Verfügung.
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Die
verschlissenen Bereiche und die späteren Verschleißbereiche
des so bereitstehenden Gussgrundkörpers 1 werden mittels
Lichtbogenauftragsschweißen
mit einem verschleißfesten
Werkstoff beschichtet. Mit der Auftragschweißung 3 sind die Funktionsflächen des
beschichteten Grundkörpers 1 sowie
der Fügekontaktbereich
zum Turaszahn 2, wie in 3 ersichtlich,
erfasst. Die angegebene Schweißrezesshöhe h bestimmt
maßgeblich
die thermische Belastung der Auftragschweißung 3 und sollte
zur Vermeidung unerwünschter
Gefügeumwandlungen
zwischen 15 und 25 mm liegen.
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Das
aufgetragene Material sollte dem des Turaszahns 2 im Verschleißverhalten
gleichen oder möglichst ähnlich sein.
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Der
Turaszahn 2 steht als Zuschnittteil zur Verfügung und
bestehend aus einem homogenen verschleißfesten Sonderbaustahl. Die
Zahngeometrie ist so gewählt,
dass sie die für
den Nahtanfang und das Nahtende erforderlichen Auslaufbereiche 4 bereits
enthält.
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Sowohl
der Gussgrundkörper 1 als
auch der Turaszahn 2 werden mit einer ebenen Fügekontaktfläche 5 versehen.
Das kann durch planparalleles Fräsen
aber auch durch andere Verfahren erfolgen. Beide Fügekontaktflächen 5 sind
als Voraussetzung für
den Fügeprozess
zueinander passend ausgeführt,
und zwar mit einer Oberflächenrauhigkeit
von mindestens Rz 20.
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Es
schließt
sich die Verbindung des Turaszahns 2 mit dem Gussgrundkörper 1 an
den Fügekontaktflächen 5 mittels
Elektronenstrahlschweißen in
beidseitiger Einschweißung
oder einseitiger Durchschweißung
an, wodurch eine vorzugsweise schmale Schweißnaht 6 mit einer
den vollen Querschnitt erfassenden Schweißtiefe ausführbar ist.