DE20321302U1

DE20321302U1 - Komposit-Werkzeug für schlagende und/oder abrasive Belastungen

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Publication number: DE20321302U1
Application number: DE20321302U
Authority: DE
Original assignee: STAHLWERKE BOCHUM GmbH
Current assignee: STAHLWERKE BOCHUM GmbH
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2013-08-08
Also published as: EP1651389A1; DE10336169A1; DE502004012067D1; DK1651389T3; DE10336169B4; ES2358594T3; WO2005014238A1; EP1651389B1; ATE493233T1

Abstract

Komposit-Werkzeug (1, 11, 21, 31) für schlagende und/oder abrasive Belastungen mit einem aus einer hochduktilen, schlaghärtenden Eisenbasis-Legierung erzeugten Grundkörper (2) und mindestens einem in den Grundkörper (2) eingegossenen, im Grundkörper (2) unter weitestgehendem Ausschluss einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig gehaltenen Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33'''), der im der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs (1, 11, 21, 31) angeordnet und aus einem vom Eisenwerkstoff des Grundkörpers (2) abweichenden, hochverschleißfesten Metallwerkstoff als massiver Körper vorgefertigt ist, wobei der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') eine ausgehend von einer Basisfläche (3a, 13a, 33a) sich in Richtung seiner der Basisfläche (3a, 13a, 33a) gegenüberliegende Stirnfläche (3b, 13b, 33b) verjüngende Form besitzt und wobei die Stirnfläche (3n, 13b, 33b) dem der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich (2a) des Komposit-Werkzeugs (1, 11, 21, 31) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Komposit-Werkzeug für schlagende und/oder abrasive Belastungen. Derartige Werkzeuge werden beispielsweise zum Zerkleinern von Metall-, Gesteins- oder Abbruchmaterialien eingesetzt. Dabei sind die Werkzeuge extremen Belastungen sowohl im Bereich ihrer direkt mit dem zu zerkleinernden Gut in Kontakt kommenden Flächen als auch in dem Bereich ausgesetzt, in dem sie in der jeweiligen Zerkleinerungsmaschine gehalten sind.
Aus der US 6,216,805 B1 ist ein Bohrkopf mit Bohreinsätzen bekannt. Die Bohreinsätze sind als Komposit-Elemente aus einem Grundkörper, der aus einem erosions- und abrasionsresistenten Material besteht, und einem in eine ausgehend von ihrer Öffnung sich in Richtung ihres Bodens verjüngende Ausnehmung des Grundkörpers eingesetzten Einsatz gebildet, der aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Duktilität aufweist als der Grundkörper. Die Seite des Einsatzes, die im Betrieb einem direkten Kontakt mit dem jeweils zu zerkleinernden Material ausgesetzt ist, ist zusätzlich durch eine besonders abrasionsresistente Schneidplatte geschützt. Sowohl der Grund- als auch der Formkörper können durch Sintern oder isostatisches Heißpressen hergestellt und mittels Presspassung oder anderer mechanischer Mittel miteinander verbunden sein. Der Vorteil der besonders hohen Verschleißfestigkeit des bei diesem Stand der Technik vorgesehenen Grundkörpers soll darin bestehen, dass der Bereich am Umfang des Grundkörpers direkt unterhalb der Schneidplatte eine verlängerte Lebensdauer hat.
Gleichzeitig stützt der Grundkörper die Schneidplatte an ihrem Umfang. Das duktilere Material des Einsatzes soll dagegen die Schlagabsorptionsfähigkeit des Werkzeugs insgesamt erhöhen. Während der Einsatz vom umgebenden Grundkörper vor Verschleiß geschützt ist, dämpft er auf die Schneidplatte treffende Schläge weitgehend ab.
Trotz der voranstehend beschriebenen Wirkungsweise zeigt sich in der Praxis, dass es bei Bohreinsätzen der in der US 6,216,805 B1 beschriebenen Art oder vergleichbar ausgebildeten Werkzeugen für die Zerkleinerung von Metall-, Gesteins- oder Abbruchmaterialien immer wieder zum Ausbrechen des Einsatzes aus dem Grundkörper kommt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das zu zerkleinernde Material in großen Stücken vorliegt und bei der Zerkleinerung dementsprechend hohe kinetische Kräfte von den Werkzeugen aufgenommen werden müssen.
Aus der Praxis ebenfalls bekannt und in der DE-OS 28 29 847 beschrieben sind im Einsatz schlagend und/oder abrasiv belastete Werkzeuge, die als so genannter "Monoblock" ausgeführt sind. Einfache Ausführungen dieser aus einem einzigen Metallmaterial bestehenden, blockartigen Werkzeuge weisen in der Regel eine über ihren Querschnitt und ihre Länge gleichmäßige Härte auf. Besser an die jeweils auftretenden Belastungen angepasste Monoblock-Werkzeuge weisen dagegen üblicherweise mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Härte auf, von denen die härtere der direkten schlagenden Belastung ausgesetzt wird, während im Bereich der zäheren, weniger harten Zone die Einspannung des Werkzeugs in der jeweiligen Maschine vorgenommen wird.
Ein Nachteil der voranstehend erläuterten einfach ausgeführten Monoblock-Werkzeuge ist, dass sie eine durchgehend niedrige Basishärte besitzen oder aus schlaghärtenden Materialien hergestellt sind. Sie weisen in der Regel einen zu geringen Verschleißwiderstand auf. Bei hoch- bzw. differenziert, über mehrere Abschnitte unterschiedlich gehärteten Monoblock-Werkzeugen besteht dagegen häufig das Risiko eines Bruchs in den Zonen, die eine besonders hohe Härte und, damit einhergehend, eine niedrige Duktilität besitzen.
Es ist versucht worden, die Nachteile der Monoblock-Werkzeuge durch Werkzeuge aus Materialien mit von einander abweichenden mechanisch-technologischen Eigenschaften zu beseitigen. Die verschleißfesten, die hohen mechanischen Schlagbelastungen aufnehmenden Formteile sind dabei durch mechanische Hilfsmittel in dem jeweiligen Grundkörper eingespannt. Im praktischen Einsatz zeigt sich allerdings, dass die mechanischen Verbindungen zwischen den miteinander verkoppelten Elementen anfällig gegen Ermüdung in Folge der im Betrieb auftretenden hohen Belastungen sind.
Auch sind Werkzeuge für schlagende Belastungen bekannt, die durch Verbundguss erzeugt worden sind. Bei diesen Werkzeugen wird der verschleißfeste Formkörper in der Regel durch eine stoffschlüssige Verbindung in dem Material des Grundkörpers gehalten. Nachteilig an diesen Werkzeugen sind allerdings die hohen Kosten ihrer Herstellung, die sich durch einen hohen Aufwand an Material und eine komplexe Prozessführung ergeben. Darüber hinaus besteht im Betrieb laufend das Risiko eines Bruchs der metallischen Verbindung zwischen verschleißbeständigem Formelement und Grundkörper. Werkzeuge dieser Art sind beispielsweise aus der DE-PS 592 580 bekannt.
Schließlich sind Komposit-Werkzeuge bekannt, bei denen ein schwammartiges, porös ausgebildetes Insert, das aus Metall oder einer Keramik bestehen kann, in den Werkstoff des Grundkörpers eingegossen ist. Im Zuge des Abgießens dringt der Grundkörper-Werkstoff in die Öffnung und Höhlungen des Inserts ein, so dass sich eine intensive Verklammerung des Grundkörpers mit dem Inlay ergibt. Problematisch beim Einsatz solcherart hergestellter Werkzeuge ist jedoch, dass sich die Sprödigkeit der als Werkstoff für den Inlay-Werkstoff eingesetzten Metall-Oxide bei bestimmten Anwendungen nachteilig auf das Einsatzverhalten der Werkzeuge auswirkt.
Ausgehend vom voranstehend erläuterten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Komposit-Werkzeug der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das bei Minimierung des Risikos eines Werkzeugbruchs eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist und bei dem der Formkörper im Grundkörper über eine lange Betriebsdauer sicher gehalten ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Komposit-Werkzeug für schlagende und/oder abrasive Belastungen gelöst worden, das einen aus einer hochduktilen, schlaghärtenden Eisenbasis-Legierung erzeugten Grundkörper und mindestens einen in den Grundkörper eingegossenen, im Grundkörper unter weitestgehendem Ausschluss einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig gehaltenen Formkörper gebildet ist, der im der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs angeordnet und aus einem vom Eisenwerkstoff des Grundkörpers abweichenden, hochverschleißfesten Metallwerkstoff als massiver Körper vorgefertigt ist, wobei der Formkörper eine ausgehend von einer Basisfläche sich in Richtung seiner der Basisfläche gegenüberliegende Stirnfläche verjüngende Form besitzt und wobei die Stirnfläche dem der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs zugeordnet ist.
Eine solche Form ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Formkörper die Grundform eines Pyramidenstumpfes besitzt. Bei einer solchen im wesentlich konisch von der Basis- zur Stirnfläche zulaufenden Formgebung ist auf einfache Weise sichergestellt, dass der Formkörper auch noch nach langer Betriebszeit sicher im Grundkörper gehalten ist.
Das erfindungsgemäße Komposit-Werkzeug besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper, der aus einem gegossenen, hochduktilen Werkstoff erzeugt ist. In der im Betrieb schlagend und/oder abrasiv belasteten Zone dieses Grundkörpers ist ein Formkörper platziert, der aus einer hochfesten, ebenfalls metallischen, bevorzugt eisenbasierten Legierung gefertigt ist. Die Form des Formkörpers ist dabei so gewählt, dass der Formkörper im ihn umgebenden Material des Grundkörpers sicher formschlüssig gehalten ist. Gleichzeitig sind die Werkstoffe von Grundkörper und Formkörper so aufeinander abgestimmt, dass es zu keiner nennenswerten stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Formkörper und dem Grundkörper kommt. Ebenso wenig ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Formkörper durch zusätzliche mechanisch wirkende Hilfsmittel in dem Grundkörper gehalten ist.
Mit der Erfindung steht ein in Zerkleinerungsmaschinen universell einsetzbares, besonders einfach herstellbares Komposit-Werkzeug zur Verfügung, das in seiner dem primären Verschleiß ausgesetzten Arbeitszone durch den dort angeordneten Formkörper einen hohen Verschleißwiderstand besitzt und gleichzeitig eine deutlich reduzierte Bruchempfindlichkeit aufweist. Da die hohen schlagenden oder abrasiven Belastungen durch den aus hartem, verschleißfestem Material bestehenden Formkörper aufgenommen werden, können der Werkstoff des Grundkörpers und die bei seiner Verarbeitung angewendeten Wärmebehandlungen ohne Rücksicht auf die im praktischen Betrieb auftretenden Belastungen auf eine möglichst hohe Duktilität des Grundkörpers ausgerichtet sein.
Die bei der Erzeugung erfindungsgemäßer Komposit-Werkzeuge angewendete Wärmebehandlung sieht vor, dass die Wärmeführung während des Herstellprozesses die notwendigen Parameter für die beiden zu kombinierenden Werkstoffe berücksichtigt. Ziel ist es dabei, im Grundkörper eine möglichst hohe Duktilität und im Formkörper eine möglichst hohe Härte zu erzeugen. Dies wird erreicht durch eine Behandlung im Hochtemperaturbereich von 950–1100 °C. Dann erfolgt eine gebrochene Flüssigkeitshärtung im Bereich von 350–600 °C, an die sich wiederum eine Abkühlung an Luft und ein nachträgliches Entspannen bei Temperaturen von 300–400 °C anschließen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Formkörper in beliebiger, kostengünstiger Weise vorgefertigt werden kann. So kann es sich bei dem in das erfindungsgemäße Komposit-Werkzeug eingegossenen Formkörper beispielsweise um ein Schmiedeteil, ein Stanzteil, ein geschnittenes Teil, ein gebranntes Teil, ein Sinterteil oder ein Gussstück handeln. Dabei kann das Stanzteil, gebrannte bzw. geschnittene Teil aus einem Flachmaterial hergestellt sein.
Erfindungsgemäß wird durch die Auswahl der für den Grundkörper und den Formkörper verwendeten Werkstoffe sichergestellt, dass die spezifischen mechanischtechnologischen Eigenschaften beider Werkstoffe, nämlich einerseits hochverschließfest für den Formkörper und andererseits hochduktil für den Grundkörper, sowohl während des Herstellungsprozesses selbst als auch im praktischen Einsatz erhalten bleiben. Als für die Herstellung des Grundkörpers geeigneter Werkstoff, der diese Anforderungen erfüllt, erweist sich eine Eisenlegierung, die (in Gew.-%) 8,0–22,0 % Mn, 0,2–2,8 % Cr, 0,5–1,5 % C und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Eine eine hohe Härte des Formkörpers ermöglichende Eisenlegierung enthält dagegen (in Gew.-%) 6,0–16,0 % Cr, 0,3–1,5 Mo, 0,3–1,4 % W , 0,6–2,2 % C und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Unterstützt durch eine auf die jeweiligen Werkstoff-Zusammensetzungen abgestimmte Wärmebehandlung lassen sich mit diesen Legierungen besonders langlebige, robuste Komposit-Werkzeuge erzeugen, die auch härtesten Belastungen über die jeweils geforderte Einsatzdauer standhalten. Dabei können innerhalb der erfindungsgemäß vorgegebenen Legierung die Werkstoffe von Grundkörper und Formkörper so aufeinander abgestimmt werden, dass der Formkörper während und in Folge der Nutzungsbeanspruchung permanent im Komposit-Werkzeug verspannt ist.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Komposit-Werkzeugs erfolgt bewusst so, dass es zu keiner wesentlichen metallischen Bindung zwischen dem Formkörper und dem ihn zumindest teilweise umgebenden Grundkörper kommt. Um die permanente Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Formkörper zu gewährleisten, ist der Formkörper vielmehr so ausgelegt, dass der Formkörper formschlüssig im Material des Grundkörpers eingebettet ist
Der formschlüssige Halt des Formkörpers kann auch dadurch erreicht werden, dass in die Seitenflächen des Formkörpers Vertiefungen eingeformt sind. Alternativ oder ergänzend können zum selben Zweck an die Seitenflächen des Formkörpers Erhöhungen angeformt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. 1 bis 4 zeigen jeweils ein Komposit-Werkzeug in perspektivischer Darstellung.
Die in den Figuren dargestellten Komposit-Werkzeuge 1, 11, 21, 31 weisen jeweils einen quaderförmig ausgebildeten Grundkörper 2 auf, der aus einem hochduktilen Eisenwerkstoff gegossen ist. Der Grundkörper 2 ist dabei ausgehend von seiner einen schmalen Stirnseite 2a in eine im praktischen Einsatz dem direkten Kontakt mit dem zu zerkleinernden Material ausgesetzten, sich etwa über ein Drittel der Gesamtlänge L des Grundkörpers 2 erstreckenden Arbeitsabschnitt 2b, eine sich an den Arbeitsabschnitt 2b anschließenden Einspannabschnitt 2c, an dem bei montiertem Komposit-Werkzeug 1, 11, 21, 31 die nicht dargestellte Spanneinrichtung einer ebenfalls nicht gezeigten Zerkleinerungsmaschine angreift, und einen sich an den Einspannabschnitt 2c anschließenden Lagerabschnitt 2d unterteilt, an dem das Komposit-Werkzeug 1 in montierter Stellung in der Zerkleinerungsmaschine abgestützt ist.
Beim in 1 dargestellten Komposit-Werkzeug 1 ist in den Arbeitsabschnitt des Grundkörpers 2 ein aus einem hochfesten, harten Eisenwerkstoff massiv hergestellter Formkörper 3 eingegossen. Der Formkörper 3 weist eine sechseckige Grundfläche 3a mit zwei einander gegenüberliegenden langen Seiten auf, die an ihren Enden jeweils durch zwei unter einem stumpfen, in Richtung der Innenfläche geöffneten Winkel aufeinander treffende kurze Seiten miteinander verbunden sind. Ausgehend von der derart geformten Grundfläche 3a verjüngt sich der Formkörper 3 in Richtung der Stirnseite 2a des Grundkörpers 2.
Auf diese Weise ist eine ausgehend von der Grundfläche 3a in Richtung der der Stirnseite 2a des Grundkörpers 2 zugeordneten Stirnfläche 3b des Formkörpers 3 konisch zulaufende Form des Formkörpers 3 gebildet. Der derart geformte Formkörper 3 ist im Neuzustand des Komposit-Werkzeugs 1 seitlich und im Bereich seiner Grundfläche 3a vom Werkstoff des Grundkörpers 2 vollständig umgeben. Die mittlere, in einer parallel zur Stirnseite 2a in Richtung der breiteren Seitenflächen des Grundkörpers 2 verlaufenden und senkrecht zu diesen ausgerichtete Messachse X gemessene Wandstärke d_G1 der den Formkörper 3 in Dickenrichtung seitlich umgebenden Wand 2f des Grundkörpers 2 ist dabei so gewählt, dass das Verhältnis der mittleren Wandstärke d_G1 zur in derselben Messachse X gemessenen mittleren Dicke d_F1 des Formkörpers 3 etwa 0,3 beträgt. In entsprechender Weise ist die in einer quer zur Messachse X ausgerichteten Messachse Y gemessene Stärke d_G2 der den Formkörper 3 in Breitenrichtung seitlich umgebenden Wand 2e des Grundkörpers 2 so gewählt, dass das Verhältnis der mittleren Wandstärke d_G2 zur in derselben Messachse Y gemessenen mittleren Dicke d_F2 des Formkörpers 3 etwa 0,2 beträgt.
Durch diese Dimensionierung der den Formköper 3 seitlich umgebenden Wände 2e, 2f des Grundkörpers 2 in Kombination mit der konisch sich in Richtung seiner Stirnfläche 3b verjüngenden Form des Formkörpers 3 ist sichergestellt, dass der Formkörper 3 auch unter hohen in der Praxis auftretenden schlagenden Belastungen sicher in dem Komposit-Werkzeug 1 gehalten ist. Dabei unterstützt die Abstimmung der Werkstoffe von Formkörper 3 und Grundkörper 2 nicht nur den festen Halt des Formkörpers 3 in dem Grundkörper 2, sondern stellt vor allen Dingen sicher, dass das Risiko eines Bruchs des Komposit-Werkzeugs 1 im Bereich des Einspannabschnitts 2c oder des Lagerabschnitts 2d auf ein Minimum reduziert ist.
In den Arbeitsabschnitt 2b des Grundkörpers 2 des in 2 dargestellten Komposit-Werkzeugs 11 ist ebenfalls ein aus einem hochharten Eisenwerkstoff massiv gefertigter Formkörper 13 eingegossen. Anders als beim Komposit-Werkzeug 1 umgibt der Werkstoff des Grundkörpers 2 den Formkörper 3 im Neuzustand des Komposit-Werkzeugs 11 vollständig.
Wiederum, entsprechend dem in 1 dargestellten Formkörper 3, weist der Formkörper 13 des Komposit-Werkzeugs 11 eine ausgehend von seiner Grundfläche 13a in Richtung seiner der Stirnseite 2a des Grundkörpers 2 zugeordneten Stirnfläche 13b sich verjüngende Form auf. Die Grundfläche 13a und dementsprechend die Stirnfläche 13b des Formkörpers 13 sind ebenfalls sechseckig ausgebildet, wobei die Flächen 13a, 13b in diesem Fall durch zwei kurze, einander parallel gegenüberliegende Seiten begrenzt sind, die durch jeweils zwei unter einem stumpfen, zur jeweiligen Fläche 13a, 13b geöffneten Winkel aufeinander treffende längere Seiten miteinander verbunden sind.
Auch beim Komposit-Werkzeug 11 ist so durch die im Wesentlichen konische, ausgehend von der Grundfläche 13a verjüngende, Formgebung des massiven Formkörpers 13 und die Einbettung des Formkörpers 13 in den Werkstoff des Grundkörpers 12 sichergestellt, dass der Formkörper 13 auch nach langer Betriebsdauer noch sicher im Grundkörper 2 gehalten und in der Lage ist, die auf das Komposit-Werkzeug 11 direkt treffende schlagende Belastung ebenso sicher aufzunehmen.
Beim in 3 gezeigten Komposit-Werkzeug 21 ist in den Arbeitsabschnitt 2b des Grundkörpers 2 wiederum ein aus einem harten Metallwerkstoff erzeugter, massiv ausgebildeter Formkörper 23 eingegossen. Wie beim Komposit-Werkzeug 11 umgibt der Werkstoff des Grundkörpers 2 den Formkörper 23 im Neuzustand vollständig.
Der Formkörper 23 besitzt eine pyramidenstumpfförmige, vier Seitenflächen 23c, 23d, 23e, 23f aufweisende Grundform, deren Grundfläche 23a größer ist als seine der Stirnseite 2a des Grundkörpers 2 zugeordnete Stirnfläche 23b. In zwei der einander gegenüberliegenden Seitenflächen 23c, 23d des Formkörpers 23 sind in regelmäßigen Abständen angeordnete, sich über die Länge des Formkörpers 23 erstreckende kanalartige Vertiefungen 23g eingeformt, während an die beiden anderen einander gegenüberliegenden Seitenflächen 23e, 23f in unregelmäßiger Anordnung noppenartige Vorsprünge 23h angeformt sind. Die Vertiefungen 23g und die Vorsprünge 23h unterstützen in Kombination mit der konisch ausgehend von der Grundfläche 23a in Richtung der Stirnfläche 23b sich verjüngenden Form des Formkörpers 23 dessen sicheren, formschlüssigen Halt im Werkstoff des Grundkörpers 2. Die Zusammensetzung des Eisenwerkstoffs des Grundkörpers 2 ist dabei so auf die Zusammensetzung des Eisenwerkstoffs abgestimmt, aus dem der Formkörper 23 hergestellt ist, dass der Formkörper 23 nach der Fertigstellung des Komposit-Werkzeugs 21 in Folge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens beider Werkstoffe zusätzlich in dem Grundkörper 2 unter Spannung kraftschlüssig gehalten ist.
Beim in 4 dargestellten Komposit-Werkzeug 31 sind schließlich drei jeweils aus einem verschleißfesten, harten Eisenwerkstoff als massive Körper hergestellte Formkörper 33', 33'' und 33''' eingegossen. Die Formkörper 33', 33'', 33''' sind jeweils pyramidenstumpfförmig ausgebildet und laufen ausgehend von ihrer rechteckigen Grundfläche 33a in Richtung der Stirnseite 2a des Grundkörpers 2 des Komposit-Werkzeugs 31 zugeordneten und im Neuzustand bündig mit dieser ausgerichteten Stirnfläche 33b konisch zu. Die Länge des zwischen den beiden äußeren Formkörpern 33', 33''' angeordneten Formkörpers 33'' ist etwa halb so groß wie die Länge der beiden anderen Formkörper 33' und 33'''. Die Formkörper 33', 33'' und 33''' sind dabei in einem Abstand angeordnet, dass sowohl das Verhältnis der in Richtung der Messachse X gemessenen mittleren Wandstärke d_G1 des die Formkörper 33', 33'' und 33''' jeweils in Dickenrichtung umgebenden Werkstoffs des Grundkörpers 2 zur in derselben Messachse X gemessenen mittleren Dicke d_F1 der Formkörper 33', 33'', 33''' als auch das Verhältnis der in Richtung der Messachse Y gemessenen mittleren Wandstärke d_G2 des die Formkörper 33', 33'' und 33''' jeweils in Breitenrichtung umgebenden Werkstoffs des Grundkörpers 2 zur in derselben Messachse Y gemessenen mittleren Dicke d_F2 der Formkörper 33', 33'' und 33''' im Bereich von 0,2 bis 1,0 liegt. Wie schon im Zusammenhang mit dem in 1 dargestellten Komposit-Werkzeug 1 erläutert, ist durch diese auf die mittlere Dicke d_F1, d_F2 des Formkörpers 33', 33'', 33''' bezogene Abstimmung der Wandstärken d_G1 bzw. d_G2 sichergestellt, dass auch unter den im praktischen Einsatz auftretenden harten Belastungen der Formkörper 33', 33'', 33''' diese in einer für einen dauerhaft sicheren Halt ausreichend elastischen Weise in dem duktilen Eisenwerkstoff des Grundkörpers 2 im Komposit-Werkzeug 31 gehalten sind.
Ein wichtiger Vorteil des in 4 dargestellten Komposit-Werkzeugs 31 besteht darin, dass mit dem Einbringen mehrerer härterer Formkörper 33', 33'', 33''' in den hochduktilen Grundkörper 2 durch das zwischen den einzelnen Formkörpern 33', 33'', 33''' vorhandene duktile Grundstoffmaterial das Bruchrisiko im praktischen Einsatz wesentlich minimiert wird. Die unterschiedliche Länge der Formkörper 33', 33'', 33''' berücksichtigt dabei die Beschränkung des erwünscht erhöhten Verschleißwiderstandes auf Zonen der hauptsächlichen Verschleißbeanspruchung.

1, 11, 21, 31: Komposit-Werkzeuge
2: Grundkörper
2a: schmale Stirnseite des Grundkörpers
: 2
2b: Arbeitsabschnitt des Grundkörpers 2
2c: Einspannabschnitt des Grundkörpers 2
2d: Lagerabschnitt des Grundkörpers 2
3, 13, 23, 33', 33'', 33''': Formkörper
3a, 13a, 33a: Grundfläche des jeweiligen
: Formkörpers 3, 13, 23, 33', 33'', 33'''
3b, 13b, 33b: Stirnfläche des jeweiligen
: Formkörpers 3, 13
2e: Wände 2e des Grundkörpers 2
23c, 23d, 23e, 23f: Seitenflächen des Formkörpers 23
23g: kanalartige Vertiefungen
23h: Vorsprünge
d_G1, d_G2: mittlere Wandstärke der den
: Formkörper 3 seitlich umgebenden
: Wand 2e
d_F1, d_F2: mittlere Dicke d_F1 des Formkörpers 3
L: Gesamtlänge des Grundkörpers 2
X, Y: Messachsen

Claims

Komposit-Werkzeug (1, 11, 21, 31) für schlagende und/oder abrasive Belastungen mit einem aus einer hochduktilen, schlaghärtenden Eisenbasis-Legierung erzeugten Grundkörper (2) und mindestens einem in den Grundkörper (2) eingegossenen, im Grundkörper (2) unter weitestgehendem Ausschluss einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig gehaltenen Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33'''), der im der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs (1, 11, 21, 31) angeordnet und aus einem vom Eisenwerkstoff des Grundkörpers (2) abweichenden, hochverschleißfesten Metallwerkstoff als massiver Körper vorgefertigt ist, wobei der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') eine ausgehend von einer Basisfläche (3a, 13a, 33a) sich in Richtung seiner der Basisfläche (3a, 13a, 33a) gegenüberliegende Stirnfläche (3b, 13b, 33b) verjüngende Form besitzt und wobei die Stirnfläche (3n, 13b, 33b) dem der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich (2a) des Komposit-Werkzeugs (1, 11, 21, 31) zugeordnet ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') ein Schmiedeteil ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') ein Stanzteil ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') ein geschnittenes Teil ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') ein gebranntes Teil ist.
Komposit-Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') aus einem Flachmaterial hergestellt ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') durch Sintern erzeugt ist.
Komposit-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') ein Gussstück ist.
Komposit-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenlegierung des Grundkörpers (2) (in Gew.-%) Mn: 8,0–22,0 %, Cr: 0,2–2,8 %, C: 0,5–1,5 und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Komposit-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallwerkstoff des Formkörpers (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') (in Gew.-%) Cr: 6,0–16,0 Mo: 0,3–1,5 W: 0,3–1,4 C: 0,6–2,2 und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Komposit-Werkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3, 13, 23, 33', 33'', 33''') die Form eines Pyramidenstumpfs aufweist.