DE19525670C1 - Schneidmesser für landwirtschaftliche Geräte und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser für landwirtschaftliche Geräte, vorzugsweise für Erntemaschinen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und 2. Diese Schneidmesser, auch Mähklingen genannt, haben eine dreieckige Form, wobei zwei Seiten als Schneidflächen ausgebildet sind. Diese Mähklingen werden in Mähbalken eingesetzt. Die Schneidmesser bestehen im allgemeinen aus härtbarem Stahl und sind im Schneidenbereich gehärtet. An derartige Schneidmesser werden hohe Anforderungen bezüglich Härte und Verschleißfestigkeit gestellt, aber andererseits soll eine gewisse Elastizität gegeben sein. Diese Anforderungen sind durch den robusten Betrieb im Einsatz der Erntemaschinen begründet.

Es ist allgemein bekannt, derartige Mähklingen aus einem Vergütungsstahl herzustellen. Die Werkstoffhärte wird in einem üblichen Wärmebehandlungsprozeß dabei so eingestellt, daß ein Kompromiß zwischen den Anforderungen an den Schneidenverschleiß und die Biegebeanspruchung geschlossen wird. Dazu wird in der Regel auf Werkstoffhärten von 44 bis 48 HRC vergütet. Diese Verfahrensweise hat den großen Nachteil, daß die potentiellen Werkstoffeigenschaften für die völlig unterschiedlichen Beanspruchungsformen, wie Schneidenverschleiß und der Biegebeanspruchung, nicht optimal genutzt werden.

Es ist bekannt, zur Vermeidung dieser Nachteile, vergütete Schneidmesser im Schneidenbereich einer Induktionshärtung zu unterziehen. Der Schneidenbereich wird dabei über die volle Werkstoffdicke gehärtet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei der Anwendung in der Landwirtschaft der Schneidenbereich gegenüber gelegentlicher, jedoch unvermeidbarer Schlagbeanspruchung, z. B. durch zwischen die Klingen geratende Fremdkörper, wie Steine, empfindlich ist. Große Ausbrüche aus der Schneide sind die Folge.

Es sind auch Verfahren bekannt, mit denen eine partielle oberflächenbegrenzte Härtung des Schneidenbereiches erfolgt. Zur Durchführung des Härteprozesses werden vorzugsweise Energiestrahlen, insbesondere Elektronenstrahlen verwendet, da letztere aufgrund der hohen Anforderungen die nötige Energiedichte bei der Energieübertragung auf die Oberfläche aufweisen. Die Strahlenergie wird über ein Punktraster übertragen, wobei der Elektronenstrahl an jedem Rasterpunkt nacheinander für eine Zeitdauer zur Einwirkung kommt, die durch die gewünschte Austenitisierungs- und damit Härtetiefe bestimmt wird. Es ist auch möglich, die Energieübertragung auf eine bestimmte Fläche durch mehrmaliges Durchlaufen dieses Punktrasters zu bewerkstelligen. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Schneidmesser besteht bekannterweise aus einem hochzähen, elastischen Werkstoff, dessen Schneidenbereich eine Härtezone mit der Tiefe der dem Grenzschneidenradius entsprechenden Dicke aufweist (DE 37 13 335 A1).

Dieses Verfahren ist auf kleine Strahlleistungen begrenzt und führt dadurch aufgrund seiner geringen Wirtschaftlichkeit zu starken Einschränkungen in der Anwendungsbreite. Die dargelegten Nachteile werden aber weitgehend überwunden, wenn der Elektronenstrahl hochfrequent periodisch auf der zu härtenden Fläche zur Einwirkung gebracht wird (DD 2 49 923 B1). Das Schneidmesser wird dabei mit konstanter Geschwindigkeit durch das Energieübertragungsfeld geführt.

Um das Verfahren wirtschaftlich auszuführen, indem eine größere Anzahl von Mähklingen in einem vakuumtechnologischen Prozeß gehärtet werden kann, ist es bekannt, diese dreieckförmigen Mähklingen schuppenartig so übereinander anzuordnen, daß jede Mähklinge die darunter liegende derart abdeckt, daß immer nur der Schneidenbereich zur Beaufschlagung durch den Elektronenstrahl frei liegt (DE 41 20 689 C1). Neben einigen praktischen Vorteilen hat das dort beschriebenen Verfahren zwei ganz entscheidende Nachteile. Bei den üblichen, auf maximal 10 kW beschränkten Strahlleistungen macht sich für den Elektronenstrahl ein Scanfeld erforderlich, das senkrecht zur Bewegungsrichtung der Anordnung der Schneidmesser deren volle Breite überdeckt, in Bewegungsrichtung jedoch auf sehr kleine Werte, die nur wenigen Brennfleckdurchmessern entsprechen, begrenzt ist. Die Folge davon ist, daß selbst bei voller Nutzung der begrenzten Wärmekapazität der Schneidmesser nur eine Härtetiefe realisierbar ist, die den Beanspruchungsbedingungen nur annähernd genügt. Die Anordnung der Schneidmesser im Härteprozeß bringt zwangsläufig den schwerwiegenden Nachteil mit sich, daß nur an den nicht verdeckten Oberflächenbereichen des Schneidmessers, also dem Schneidenbereich, Energie übertragen werden und damit gehärtet werden kann.

Dieses bekannte Schneidmesser weist zwar eine entsprechend gehärtete Schneide auf, aber der Teil des Schneidmessers, der im Einspannbereich liegt, ist nicht gehärtet. Das läßt die o. g. Verfahren, auch geschuppte Härtung genannt, nicht zu. Gerade aber dieser Einspannbereich unterliegt einem relativ hohen Verschleiß denn hier bewegen sich Teile gegenläufig, um den Schneidprozeß zu bewirken. Andererseits muß auch ein Federverhalten gegeben sein, denn wie bereits ausgeführt, treten Schläge auf, d. h. sie müssen Schlag- und Biegebelastungen standhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidmesser für landwirtschaftliche Geräte, d. h. Mähklingen zu schaffen, deren Schneiden- bzw. Randbereich mit Elektronenstrahlen gehärtet ist, wobei gleichzeitig auch ein Inselbereich, insbesondere der Einspannbereich, in seinen Werkstoffeigenschaften derart verändert werden soll. Bei guter Verschleißfestigkeit soll auch ein ausgeprägtes Federverhalten gegeben sein. Das dazu erforderliche Verfahren soll aufgabengemäß bei hoher Produktivität gegenüber den bekannten Verfahren in einem Prozeßschritt erfolgen.

Die an sich bekannte zweidimensionale hochfrequente Ablenktechnik für Elektronenstrahlen soll so zum Einsatz kommen, daß in einem Durchlauf des Elektronenstrahls über das Schneidmesser bestimmte vorgegebene Inselbereiche gleich oder unterschiedlich derart beaufschlagt werden, daß gleiche oder unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in diesen Bereichen entstehen.

Erfindungsgemäß wird das Schneidmesser entsprechend der Aufgabenstellung nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Das Verfahren zur Herstellung des Schneidmessers wird nach den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 6 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Schneidmesser hat den Vorteil, daß sein Schneidenbereich eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist und durch die gezielt im übrigen Bereich erzeugten anderen Werkstoffeigenschaften bei hoher Verschleißfestigkeit jedoch eine günstige Biegesteifigkeit besitzt, um während dem Einsatz Biege- und Schlagbeanspruchungen durch Fremdkörper standzuhalten. Der Schneidenbereich ist bezüglich seiner Breite derart gehärtet, daß auch ein Nachschleifen gegeben ist. Durch die hohen Standzeiten der Schneidmesser erhöht sich die Einsatzzeit in dem landwirtschaftlichen Gerät, weil der sonst relativ oft nötige Wechsel des Schneidmessers entfällt. Dieser Vorteil beeinflußt entscheidend die Produktivität der Erntemaschinen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine von der Kontur des Schneidmessers unabhängige Härtung von weitgehend beliebig begrenzten Oberflächenbereichen. Insbesondere gestattet es die Einbeziehung funktionell völlig unterschiedlich beanspruchter Bereiche in die Oberflächenhärtung. Das Verfahren ist, da es sich um große Stückzahlen handelt die gehärtet werden, sehr produktiv und erhöht den Preis je Schneidmesser dadurch nur geringfügig. Diese geringen Mehrkosten sind unbedeutend im Verhältnis zu den wesentlich höheren Gebrauchseigenschaften der Schneidmesser.

An einem Ausführungsbeispiel wird ein Schneidmesser, welches eine Mähklinge einer Erntemaschine ist und das Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung ist eine dreieckige Mähklinge dargestellt.

Die Schneidenbereiche 1; 1′ zu beiden Seiten der Mähklinge sind in einer Tiefe von 0,3 mm gehärtet. Die Härte beträgt < 770 HV1. Die Mähklinge ist aus einem vergüteten Werkstoff C 75, der eine Härte von 50 HRC aufweist. In einem vorgegebenen Bereich 2, gegenüber der Spitze 3, an der die Schneiden zusammenlaufen, ist eine Härte von 770 HV1 vorgeschrieben, um den beim Schneidvorgang auftretenden abrasiven Verschleiß zu verhindern. Außerdem ist durch die Härtung des Bereiches 2 die Elastizität der Mähklingen in diesem Bereich den Einsatzbedingungen angepaßt. In den Bohrungen 4 ist die Mähklinge am Mähbalken auswechselbar befestigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt ausgeübt: Die Mähklinge wird in Pfeilrichtung mit seiner Spitze 3 voran relativ zu einem von einer bekannten Elektronenkanone vom Axialtyp erzeugten Elektronenstrahl 5 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Dabei ist die zu härtende Seite der Mähklinge dem Elektronenstrahl 5 zugewandt. Der Elektronenstrahl 5 wird mit der bekannten Strahlablenktechnik mit hoher Frequenz quasi gleichzeitig in zwei Energieübertragungsfelder 6 und 6′, die Teilen der Schneidenbereiche 1; 1′ entsprechen, abgelenkt. Die Energieverteilungen innerhalb der Energieübertragungsfelder 6; 6′ sind so programmiert, daß beim Durchlaufen dieser Energieübertragungsfelder 6; 6′ stets eine für das Material der Mähklinge härtetechnologisch günstige Aufwärm- und Abkühlphase erzeugt wird. Durch die zwischen der Bewegung der Mähklinge und der Strahlablenktechnik erzeugten Synchronisation überstreichen die beiden Energieübertragungsfelder 6; 6′ zunächst unmittelbar nebeneinander die Spitze 3 der Mähklinge. Mit fortschreitender Bewegung der Mähklinge werden die beiden Energieübertragungsfelder 6; 6′ entsprechend dem Winkel λ der dreieckförmigen Mähklingen ablenktechnisch auseinander gezogen. Um den Bereich 2 am Ende der Mähklinge zu härten, werden nach Durchlaufen der Schneidenbereiche 1; 1′ beide Energieübertragungsfelder 6; 6′ zusammen und ein Stück in der Bewegungsrichtung der Mähklinge gelenkt. Dadurch ergibt sich die in Längsrichtung gewünschte Überlappung a der Härtezonen. Nach Durchlaufen der Mähklinge werden beide Energieübertragungsfelder 6; 6′ des Elektronenstrahls 5 wieder in die Nullposition gelenkt und stehen für das Härten der nächsten Mähklinge bereit.

Das Schneidmesser kann auch eine andere geometrische Form haben und Schneidenbereiche an anderen Kanten besitzen. Das Verfahren zu seiner Herstellung ist durch die bekannten elektronenoptischen Mittel leicht anpaßbar.

Claims (6)

1. Schneidmesser für landwirtschaftliche Geräte, insbesondere Mähklingen, deren Schneidenbereich durch Energiestrahlen, vorzugsweise Elektronenstrahlen gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Energiestrahlhärtung außer dem Schneidenbereich (1; 1′) zusätzlich Inselbereiche mit Energiestrahlen derart gehärtet sind, daß diese andere oder gleiche Werkstoffeigenschaften als der gehärtete Schneidenbereich (1; 1′) aufweisen und in einer anderen oder gleichen Tiefe als in den Schneidenbereichen (1; 1′) gehärtet sind.

2. Verfahren zur Herstellung von Schneidmessern für landwirtschaftliche Geräte, in dem die Schneidenbereiche mittels Energiestrahlen, vorzugsweise Elektronenstrahlen, die mittels einer Elektronenkanone erzeugt werden und zweidimensional, hochfrequent mittels Ablenkmitteln relativ zum Schneidmesser abgelenkt werden, beaufschlagt werden, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl in mehrere der Breite der zu härtenden Schneiden- und Inselbereiche des Schneidmessers angepaßte Energieübertragungsfelder derart gelenkt wird, daß in diesen durch eine hohe Strahlleistung und eine große Feldlänge eine Energieübertragung wirksam wird, die eine große Temperaturhaltezeit zur Folge hat, und daß dadurch trotz der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Energieübertragungsfeld und dem Schneidmesser eine große Härtetiefe erzeugt wird, daß die Relativbewegung durch die Bewegung des Schneidmessers und/oder durch Bewegung der Elektronenkanone und/oder durch ablenktechnische Verschiebung des Energieübertragungsfeldes innerhalb des möglichen Ablenkfeldes erzeugt wird und daß die Bewegung des Schneidmessers und die angepaßte Steuerung der Ablenkparameter des Energiestrahles synchronisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ablenktechnischen Mittel erzeugten Energieübertragungsfelder mit beliebigen geometrischen Formen, vorzugsweise parallelogrammförmig erzeugt und zur Einwirkung auf dem Schneidmesser gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die ablenktechnischen Mittel erzeugten Energieübertragungsfelder während des Verfahrens in ihrer Geometrie verändert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schneidmesser und dem Energieübertragungsfeld während des Verfahrens kontinuierlich und/oder diskontinuierlich verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlleistung während des Verfahrens kontinuierlich und/oder diskontinuierlich geändert wird.