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Die Erfindung betrifft ein Bodenbearbeitungswerkzeug mit einem Stahlgrundkörper, auf dessen verschleißgefährdeter Oberfläche in dosierter Menge Hartmetall- und/oder Hartstoffkörner mit in Millimetergrößenordnung liegender Korngröße mittels eines metallischen Bindemittels befestigt sind.
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Die US-PS 19 60 679 beschreibt ein gattungsgemäßes Bodenbearbeitungswerkzeug in Form eines Eggenzinkens, dessen Grundkörper beispielsweise aus Chrom-Vanadium- Stahl im verschleißgefährdeten Bereich eine Beschichtung aufweist, die unter Verwendung von Wolfram-Carbid- Körnern mit einer Größe zwischen 0,25 bis 1 mm hergestellt ist. Die Beschichtung - bestehend aus den genannten Hartkörnern und einem Bindemittel aus einem Metall oder einer Metallegierung der Eisengruppe - wird durch Schweißen auf den Stahlgrundkörper zur Bildung einer verschleißfesten Rippe mit einer Längsnut versehen; diese kann neben der Beschichtung zusätzlich größere Metallbrocken aus Wolfram-Carbid aufnehmen, deren Abmessungen in der Größenordnung zwischen 3,2 und 12,7 mm liegen.
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Bedingt durch die Verwendung eines mit einer Nut ausgestatteten Grundkörpers aus einem höher legierten Stahl und die Herstellung der verschleißfesten Rippe im Schweißverfahren ist das bekannte Bodenbearbeitungswerkzeug für landwirtschaftliche Zwecke im allgemeinen zu aufwendig und kostspielig.
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Die DE-AS 23 23 242 vermittelt die Anregung, Hartmetall- oder Hartstoffkörner mit einer Korngröße von etwa 0,1 bis 0,5 mm in dosierter Form mittels eines Bindemittels durch Lötung bzw. Hartlötung auf einem metallischen Tragkörper für ein Schneidwerkzeug, beispielsweise ein Stahl-Sägeblatt, zu befestigen. Durch Auswahl der zum Einsatz kommenden Korngröße lassen sich gegebenenfalls feinkörnige oder grobkörnige Hartmetallschichten herstellen, wobei die Hartmetallkörner mehr oder weniger stark in die Bindemetall-Schicht eingebettet sind.
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Die DE-PS S 12 271 I b/49 h, ausgelegt am 1. April 1954, befaßt sich mit der Möglichkeit, Schneiden aus Schnellstahl durch Löten an einem metallischen Grundkörper zu befestigen, wobei die Härtung der Schnellstahl-Schneiden während des Lötvorgangs bewirkt wird.
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Bodenbearbeitungswerkzeuge wie Eggenzinken werden infolge der zunehmenden Arbeitsgeschwindigkeiten des verbesserten Zugvermögens der Ackerschlepper und des verstärkten Einsatzes zapfwellengetriebener Eggen stärker als früher beansprucht, so daß höhere Anforderungen an ihre Verschleißfestigkeit zu stellen sind. Neben der Abrasion, die wegen der geschilderten technischen Entwicklung nur bedingt eindämmbar ist, sind die Bodenbearbeitungswerkzeuge zunehmend auch der Korrosion ausgesetzt, die durch chemisch-aggressive Stoffe bedingt ist und einen schnellen Verschleiß begünstigt.
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Der Erfindung liegt nach alledem die Aufgabe zugrunde, ein Bodenbearbeitungswerkzeug zu schaffen, das bei hoher Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion wirtschaftlich herstellbar ist. Dies soll auch dadurch erreicht werden, daß der Stahlgrundkörper des Bodenbearbeitungswerkzeugs die erforderliche Härte aufweist.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Bodenbearbeitungswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht danach darin, den Stahlgrundkörper erst nach dem Aufbringen der Hartkörner - also der Hartmetallkörner oder Hartstoffkörner - auf eine Mindesthärte von 50 HRC zu vergüten, wobei lediglich Hartkörner mit einer durchschnittlichen mittleren Abmessung zwischen 1,5 und 3 mm zur Anwendung kommen und wobei die Hartkörner in der Weise an dem Stahlgrundkörper angeordnet werden, daß zwischen ihnen bestimmte Zwischenräume eingehalten werden. Trotz der Befestigung der Hartkörner durch Löten hat sich überraschenderweise gezeigt, daß das erfindungsgemäße Bodenbearbeitungswerkzeug eine ungewöhnlich hohe Verschleißfestigkeit aufweist, die sich durch das Zusammenwirken der drei Merkmale Auflötung, Vergütung des Stahlgrundkörpers und Kornzwischenraumgestalt mit dem Ergebnis einer besonderen Wirkung erklären läßt. Die rauhe, zerklüftete Oberfläche, welche durch die Korngröße und die größte Weite der Kornzwischenräume im Verhältnis zur Höhe der sie umgebenden Hartkörner bestimmt wird, führt zu einem Zusetzen der Kornzwischenräume. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung des Bodenbearbeitungswerkzeugs für landwirtschaftliche Zwecke, weil landwirtschaftlich bearbeiteter Boden im allgemeinen klebfähige Bestandteile - beispielsweise tonige Bestandteile und Humus - enthält, die sich in der Tiefe der Kornzwischenräume festsetzen und dadurch die Einwirkung abrasiv wirkender Teilchen verhindern. Sie schützen somit im Bereich der engeren Kornzwischenräume den gesamten Zwischenraumgrund, also die Oberfläche des Stahlgrundkörpers und das Lot. In größeren Kornzwischenräumen mag die Oberfläche des Stahlgrundkörpers im Mittelbereich des Zwischenraumgrundes mitunter der unmittelbaren Einwirkung der Abrasion ausgesetzt sein; jedoch werden die Kantenbereiche der Kornzwischenräume, an denen der Zwischenraumgrund in die Seitenfläche der den Zwischenraum begrenzenden Hartkörner unter Vermittlung des Lots übergeht, von abrasiven Teilchen wesentlich schwerer erreicht, so daß das sich ansetzende Erdreich dort in besonderem Maße eine schützende Wirkung entfaltet. Bei Verwendung eines verhältnismäßig weichen Stahlgrundkörpers müßte dennoch allmählich mit einer Auswaschung von der Grundmitte weiterer Kornzwischenräume her gerechnet werden; dieser Vorgang wird jedoch durch die Vergütung des Stahlgrundkörpers auf die angegebene Mindesthärte so stark verzögert, daß er nicht schädigend ins Gewicht fällt.
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Die Vergütung wird dabei dadurch ermöglicht, daß die Hartkörner nicht aufgeschweißt, sondern aufgelötet werden mit dem überraschenden Ergebnis, daß die Vergütung des in dieser Weise beschichteten Stahlgrundkörpers - in der Regel ein Härtevorgang mit nachfolgendem Anlassen bzw. Entspannen bei Stählen mit weniger als 0,6% Kohlenstoff zur Erzielung einer höheren Zähigkeit bei einer bestimmten Zugfestigkeit - ohne Rißbildung vor sich geht. Zweckmäßigerweise werden die Hartkörner vor dem eigentlichen Anlöten örtlich auf dem Stahlgrundkörper vorbefestigt, bevor das Lot als Binde- und Füllmittel zur Anwendung kommt. Mit Hartstoffen sind Carbide, Nitride, Boride, Silicide und Oxide mit einer großen Härte, vorzugsweise Carbide der IV., V. und VI. Hauptgruppe des Periodensystems unter Verwendung einer Bindephase aus den Elementen der Eisengruppe und/oder deren Legierungen gemeint. Zu den Hartmetallen zählen insbesondere Gußlegierungen auf Co-Cr-V-B-Basis und die mit Co gesinterten Hartmetalle auf der Basis Wolfram-Carbid und/oder Titancarbid bzw. Tantalcarbid. Angesprochen sind also Sinterhartmetalle oder auch solche Metallcarbide, die sich im Schmelzfluß erzeugen lassen.
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Unter der Weite eines Kornzwischenraums ist die für das Eindringen von Erdreich und anderen Teilchen einerseits und dessen bzw. deren Verankerung andererseits maßgebliche Abmessung zu verstehen; dies ist bei einem langgestreckten Zwischenraum dessen Querabmessung, während seine Längsabmessung für die Verankerungsmöglichkeit von Erdreich im allgemeinen keine Bedeutung hat. Die Zwischenraumweite wird deshalb an der Oberfläche des Stahlgrundkörpers gemessen, weil dort die verschleißempfindlichen Bereiche liegen, nämlich die Oberfläche des Stahlgrundkörpers selbst sowie insbesondere die Lötverbindung zwischen diesem und den Hartkörnern. Da das Lot beim Gebrauch des Bodenbearbeitungswerkzeugs rasch ausgewaschen wird, muß auf den Zustand des betreffenden Kornzwischenraums nach dem Auswaschen abgestellt und entsprechend gemessen werden.
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Je enger ein Kornzwischenraum ist, um so besser wird das an seinem Grunde befindliche Lot durch sich dort festsetzendes Erdreich geschützt. Das Weiten/Höhen- Verhältnis der Kornzwischenräume soll daher in einem Flächenanteil von mindestens 90% der verschleißgefährdeten Oberflächenzone nicht größer als etwa 1 : 1,5 sein.
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Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Weiten/Höhen- Verhältnis in einem Flächenanteil von mindestens 70% nicht größer als 1 : 1 ist.
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Vorzugsweise wird die Kornschicht zumindest überwiegends von Hartkörnern derselben Größenklasse gebildet. In mindestens 80 Gew.-% der Hartkörner soll die Abweichung der mittleren Abmessung der größten bzw. kleinsten Hartkörner von den durchschnittlichen mittleren Abmessungen höchstens 0,5 mm betragen. Unter den mittleren Abmessungen sind in diesem Zusammenhang die Abmessungen eines einzelnen betrachteten Korns zu verstehen: Die mittlere Abmessung ergibt sich aus der dritten Wurzel des Volumens eines Hartkorns bzw. bei annähernd quadratischen Hartkörnern aus der dritten Wurzel des Produktes der Seitenlängen. Unter den durchschnittlichen Abmessungen sind diejenigen aller Hartkörner der Größenklasse zu verstehen, welche die Kornschicht hauptsächlich bilden.
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Als sehr zweckmäßig hat sich die Verwendung von Hartkörnern aus gebrochenem Hartmetall- oder Hartstoffschrott erwiesen. Derartige Hartkörner weisen nämlich eine durch vergleichsweise große, nahezu ebene Flächen geprägte Oberflächenform auf, die eine großflächige Verbindung mit der Oberfläche des Stahlgrundkörpers und die Bildung von Kornzwischenräumen mit hohen, steilen Flanken ermöglichen. Vorteilhaft ist grundsätzlich auch die Verwendung von Hartkörnern, die eine nicht und auch nicht annähernd kugelsymmetrische Form besitzen und die so auf den Stahlgrundkörper aufgebracht sind, daß ihre mittlere Abmessung quer zur Werkzeugoberfläche mindestens ebenso groß ist wie ihre mittlere Abmessung parallel zur Werkzeugoberfläche. Derartig ausgebildete und in dichter Packung angeordnete Hartkörner führen zur Bildung von Kornzwischenräumen mit einem Weiten/ Tiefen-Verhältnis, welches in besonderem Maße das Festhalten verschleißschützenden Erdreichs ermöglicht. Der Erfindungsgegenstand läßt sich besonders einfach in der Weise herstellen, daß man gebrochene Hartmetall- oder Hartstoffschrottkörner durch ein Sieb mit entsprechend auswählbarer Maschenweite zu einer dichten Packlage auf den Stahlgrundkörper aufstreut, nachdem auf diesen zuvor ein Haftträger wie z. B. Wasserglas aufgespritzt worden ist; es werden so viele Hartkörner aufgestreut, wie der Haftträger festhalten kann.
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In vielen Fällen reicht es aus, den Stahlgrundkörper nur teilweise mit Hartkörnern zu beschichten, also vorzugsweise nur an der Werkzeugspitze oder nur an den starkem Verschleiß ausgesetzten Stellen. Eine mehrlagige Ausbildung der Kornschicht ist möglich, jedoch wird eine einlagige Kornschicht bevorzugt, die somit eine Dicke von nur einem Korndurchmesser aufweist.
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Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind die Hartkörner hartgelötet, wobei das Hartlot insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
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Zweckmäßigerweise wird das Lot nach Vorbefestigung der Hartkörner auf dem Stahlgrundkörper als Binde- und Füllmittel zwischen den miteinander zu verbindenden Bestandteilen benutzt. Hartlote wie z. B. Kupfer und Kupferlegierungen erfüllen im Hinblick auf die nachfolgende Wärmebehandlung nicht nur die Forderung nach hinreichender Temperaturbeständigkeit; sie besitzen auch eine gute Duktilität und schaffen einen ausgezeichneten Adhäsionverbund. Kupfer ist wegen seines guten Benetzungsverhaltens und seines Lösungsverhaltens vor allem für die Befestigung von Hartmetallkörner geeignet. Im Gegensatz zum Schweißverfahren, bei dem die Hartkörner im Schmelzbereich vollständig in die Binderphase einsinken, werden die Hartkörner einerseits und der Stahlgrundkörper andererseits ohne zu schmelzen nur benetzt; dies hat zur Folge, daß die mittels des Hartlotes an dem Stahlgrundkörper befestigte Schicht aus Hartkörnern das im Verhältnis dazu weichere Lot vor der Abrasion schützt.
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Der Erfindungsgegenstand ist weiterhin dadurch ausgestaltet, daß die Schicht aus den Hartkörnern eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, bei welcher der Abstand der Einhüllenden der Hartkörnerspitzen von der Einhüllenden des mit Lot überzogenen Stahlgrundkörpers oder der nächstliegenden Hartkörnerschicht mindestens 1 mm beträgt.
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Die rauhe Oberfläche des Bodenbearbeitungswerkzeuges bewirkt, daß der bewegte Boden gut zerkleinert wird und in gewünschter Krümelung von der betreffenden Oberfläche abfällt; in bestimmten Fällen wird auch der Einmulchvorgang begünstigt. Die erwähnte Oberflächenbeschaffenheit führt beispielsweise beim Eggen von Maisstoppeln dazu, daß bei kreiselnden oder rotierenden Bewegungen am Eggenzinken eine reißende Wirkung entsteht, die ein Umwickeln des Eggenzinkens mit Maisstroh verhindert.
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Bei den erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungswerkzeugen wird die eigentliche Schutzwirkung über die Panzerung bzw. über das Zusetzen der Zwischenräume mit Erdreich bewirkt, wobei die vorbeschriebene Zerkleinerung der Ackerkrume ohne direkte Berührung zwischen dem Stahlgrundkörper und dem Erdreich zustande kommt; statt dessen tritt ein Reibungseffekt von "Erde auf Erde" ein. Damit läßt sich der Erfindungsgedanke sowohl bei gezogenen Bodenbearbeitungswerkzeugen, insbesondere Eggen und Pflugscharen, aber auch bei gezogenen und rundlaufenden Bodenbearbeitungswerkzeugen, wie z. B. Kreiseleggen und Fräsen, bei denen eine gute Kantenbeständigkeit gefordert ist, anwenden. Auch in diesem Fall wird von dem Grundgedanken Gebrauch gemacht, eine rauhe, verschleißfeste Beschichtung aufzubringen, die sich nach Zusetzen der Zwischenräume mit Erdreich selbst gegen weiteren erhöhten Verschleiß sichert.
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Verschleißversuche beispielsweise mit Eggenzinken aus vergütetem Stahl haben erkennen lassen, daß der Verschleißangriff üblicherweise im Bereich der Eggenzinkenspitze ansetzt und schließlich zu einer Abrundung des Spitzenbereichs mit - von unten gesehen - parabelartiger Ausbildung führt, die auch bei mittels Aufschweißlegierungen geschützten Bodenbearbeitungswerkzeugen in nahezu unverminderter Weise auftritt. Im Gegensatz dazu wurde bei Verschleißversuchen mit einem erfindungsgemäß mit Hartmetallkörnern beschichteten Eggenzinken nicht nur ein wesentlich geringerer Verschleiß der Eggenzinkenunterkante, sondern an dieser auch eine nahezu lineare Abtragung festgestellt, die vorteilhafterweise eine kleinere Verschleißfläche zur Folge hat. Dieses Verschleißverhalten ist nur so zu erklären, daß die Hartmetallkörner auf der - in Bewegungsrichtung der Eggenzinken gesehen - vornliegenden Stirnfläche die im Erdreich befindlichen Steine nach unten wegschleudern, so daß sich infolge dieser Wirkung als "Prallkante" die geschilderte Verschleißgeometrie einstellt. Eine weitere Verschleißminderung kann dadurch erzielt werden, daß die verschleißgefährdeten Stellen und die Prallkanten mehrschichtig mit Hartmetallkörnern - ggf. mit unterschiedlichen Korndurchmessern - belegt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.
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Dargestellt ist ein bezüglich seiner Formgestaltung im Grundsatz bekannter, austauschbarer Kreiseleggenzinken mit einer Gesamtlänge von etwa 300 mm; die Eggenzinkenspitze 1 und der untere Teil a der der Bewegungsrichtung der Kreiselegge zugewandten Stirnseite sind mit einer Schutzschicht 2 aus Hartmetallkörnern bestehend aus Wolfram-Carbid überzogen. Die Hartmetallkörner mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 bis 2 mm und einer Durchmesserabweichung von maximal 0,5 mm von dem genannten Durchschnittswert sind auf einer Gesamtlänge von 90 mm in dichter Packungslage auf die Oberfläche des zugehörigen Stahlgrundkörpers aufgelötet, und zwar unter Verwendung von Kupfer bzw. Kupferlegierungen als Lot.
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Während im unteren Teil der Eggenzinkenspitze 1 die Hartmetallkörner die Oberfläche des Stahlgrundkörpers vollständig mit einer oder mehreren Schutzschichten bedecken, ist die Oberfläche im Bereich des unteren Teils a nur "einseitig" belegt. Der Kreiseleggenzinken weist im Bereich zwischen der Eggenzinkenspitze und einem Absatz 3 einen ovalen bis tropfenförmigen Querschnitt auf, das Einspannende 4 ist kreisförmig gestaltet.
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Aufgrund seiner verhältnismäßig hohen Verschleißfestigkeit ist der beschriebene Kreiseleggenzinken im Vergleich zu den bisher bekannten Ausführungsformen über einen wesentlich längeren Zeitraum einsatzfähig und damit im Hinblick auf Auswechselvorgänge besonders wirtschaftlich.