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Verfahren zum Vergüten von Preßluftkolben für Bohr- und Abbauhämmer
Preßluftkolben für Bohrhämmer werden, von vereinzelten Sonderbauarten abgesehen,
im wesentlichen als Vollkolben oder als blasende Kolben hergestellt. Beide Bauarten
bestehen aus einem zylindrischen Kolbenkopf, der im Zylinder auf und ab gleitet
und auf dessen obere Stirnfläche bzw. ringförmige Unterseite die Preßluft einwirkt.
Der Kolben verjüngt sich anschließend zu einem zylindrischen Schaft, der im oberen
Teil Drallstege bzw. -nuten, im unteren Teil gerade Stege bzw. Nuten besitzt. Hierdurch
wird das Mitnehmen der Bohrhülse und damit die Drehbewegung bewirkt. Die blasenden
Kolben weisen zusätzlich eine Innenbohrung auf, durch die im Gebrauch Druckluft
zur Reinigung des Bohrloches geblasen wird. Preßluftkolben für Abbauhämmer bestehen
normalerweise aus einem massiven Zwischenkolben ohne Nuten bzw. Stege.
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Preßluftkolben für Bohr- und Abbauhämmer müssen, um den im Gebrauch
auftretenden Beanspruchungen zu genügen, neben einer harten Oberflächenschicht von
genau festgelegter Tiefe an der Kolbenwandung, auf den erhöhten (Drall-) Stegen
und den (Drall-) Nuten sowie der Schlagfläche noch eine genügende Kernfestigkeit
und -zähigkeit aufweisen. Nichterfüllung dieser Forderungen ergibt Versagen durch
Bruch oder Einschlagen.
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Zur Herstellung der Preßluftkolben werden Stähle verwendet, die etwa
o,6o bis o,8o% Kohlenstoff, bis zu 0,30'/o Chrom und bis zu i % Wolfram oder
etwa
o,2o% Vanadin enthalten, wobei der Wolframgehalt durch Nickel ersetzt werden kann.
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Es werde auch Stähle verwendet, die etwa i % Kohlenstoff, bis zu 0,308/o
Chrom und bis zu 0,2o0/0 Vanadin enthalten. Letztere finden wegen ihrer geringeren
Einhärtetiefe meist Anwendung für die Herstellung der blasenden Kolben, während
die ersteren erwähnten Zusammensetzungen der Herstellung beider Kolbenarten dienen.
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Es ist, wenn das gewünschte Ergebnis erzielt werden soll, nicht nur
unbedingt erforderlich, daß die Zusammensetzung, insbesondere der Chromgehalt, fast
auf o,io0% genau eingehalten werden muß, was reine Einsätze im Schmelzofen, Herstellung
im Elektroofen und sauberes metallurgisches Arbeiten unerläßlich macht, sondern
es sind des weiteren noch Chargenkontrollen und Vorkontrollen an .den Zwischenerzeugnissen
notwendig, um zu ermitteln, ob genügende Einhärtung und Kernfestigkeit bei der betreffenden
Schmelze erzielt worden sind, da auch bei analytisch gleichen Schmelzen durch andere
metallurgische Verhältnisse hierin Schwankungen auftreten. Die Proben ,werden zu
diesem Zweck an Formen durchgeführt, die in Gestalt und Abmessung praktisch den
aus dem Werkstoff zu fertigenden Kolben entsprechen: Jede Schmelze muß gesondert
einer bestimmten Abmessung bzw. einer bestimmten Type zugeteilt werden, und es gehört
langjährige Erfahrung dazu, um aus der Fülle der fallenden Schmelzen stets diejenigen
auszusuchen, die für die einzelnen Fälle geeignet sind. Man hat auch versucht, durch
zusätzliche Warmbehandlungen, wie Normalglühen und Glühen bei verschiedenen Temperaturen
und Glühdauern, die Tiefe der Einhärtung zu verändern, jedoch ist dieser nachträglichen
Behandlung häufig der Erfolg versagt, und es müssen trotz sorgfältigster Arbeit
vielfach Schmelzen als unbrauchbar verworfen werden, da sie keiner Abmessung bzw.
Type zugeordnet werden können.
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Es hat sich nun gezeigt, daß es ein Mittel gibt, die erwähnten Schwierigkeiten
zu beseitigen und eine .größere Freiheit in der Wahl der Stahlzusammensetzung zu
ermöglichen, gleichzeitig aber die Einhärtungstiefe bei gewünschter hoher Kernfestigkeit
und -zähigkeit sicher in der Hand zu haben. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht
darin, die üblicherweise verwendeten Stähle, die ihrem Charakter nach Wasserhärter
sind, zunächst in Öl zu vergüten. Hierzu werden vorzugsweise die Werkstücke auf
83o bis göö° C erhitzt und in Öl abgeschreckt, worauf sie bei Temperaturen zwischen
i50 und 35ö' C angelassen werden. Die so behandelten Werkstücke werden sodann an
der Oberfläche vorzugsweise elektroinduktiv auf Härtetemperatur gebracht, wobei
zweckmäßig Temperaturen zwischen 780 und 85o° C eingehalten werden, und alsdann
in Wasser abgeschreckt. Das Oberflächenerhitzen wird so durchgeführt, daß sich die
Härtezone auf eine Oberflächenschicht von wenigen Millimetern beschränkt. Bei den
zur Zeit in der Praxis üblichen Preßluftkolben ist dies eine Tiefe von etwa 3 bis
5 mm. Es hat sich gezeigt, daß der zu härtende, mit den Stegen und Nuten versehene
Schaft dieser Warmbehandlung unterworfen werden kann, ohne daß beim Oberflächenhärten
an den Stegen Überhitzungserscheinungen auftreten. Die Anlaßbehandlung wird nach
der j Härtung wie üblich durch Entspannen bei etwa i50° C durchgeführt.
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Mit diesem Verfahren läßt sich auch die gewünschte Kernfestigkeit,
für die im allgemeinen etwa i20 kg/mm2 gefordert wird, erreichen. In Fällen, in
denen die Kernfestigkeit nicht so hoch zu sein braucht, ist es nicht unbedingt erforderlich,
die Ölvergütung durchzuführen. In Abwandlung des Verfahrens kann das ÖIvergüten
in diesen Fällen durch ein Normalglühen bei Temperaturen von 850 bis 95o' C ersetzt
werden, wobei anschließend an Luft abgekühlt wird.
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In den sogenannten blasenden Kolben befindet sich eine axiale Bohrung
von etwa 5 bis 6 mm lichter Weite, die bisher zu härten für unbedingt erforderlich
,gehalten wurde; um von dieser Bohrung ausgehende Dauerbrüche zu unterbinden. Die
Spannungsverhältnisse in einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gehärteten
Werkstück sind jedoch derart, daß im allgemeinen auf die Härtung der Bohrung verzichtet
werden kann. In Fällen, in denen sie trotzdem erforderlich erscheint, kann sie ebenfalls
durch elektroinduktives Erhitzen mit hochfrequenten Strömen erreicht werden.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht
darin, daß größere Freiheit in der Wahl der Zusammensetzung des Stahles besteht.
Dies gilt in erster Linie für die Stähle, die üblicherweise benutzt werden, bei
denen es dann nicht mehr auf die genaueste Einhaltung der oberen und unteren Grenzen
für die Komponenten, insbesondere des Chroms, ankommt, die einen erheblichen Einfluß
auf die Einhärtetiefe ausüben. Es verringern sich dadurch die metallurgischen Schwierigkeiten,
und es erübrigen sich des weiteren auch die umständlichen Kontrollen und die Auswahl
der einzelnen Schmelzen im Hinblick auf Abmessung bzw. Type. Durch Verwendung nur
einer Zusammensetzung wird die Lagerhaltung erheblich vereinfacht und die Verwechslungsgefahr
vermieden.
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Die Möglichkeiten gehen aber noch weiter. Es können mit Vorteil die
bisher üblichen und praktisch allein verwendbaren Stähle durch eine andere Stahlart
ersetzt werden. Gemäß der Erfindung haben sich Stähle mit 0,35 bis 0,70% Kohlenstoff
und 0,4o bis 20/a Mangan bewährt. Vorzugsweise wird die Legierung in der Zusammensetzung
0,50
bis o;65 % Kohlenstoff, 0,4o bis 0,8o % Mangan verwendet. Die Legierung
kann ferner bis zu 21/o Silizium enthalten. Gegebenenfalls können noch bis zu
0,25 0/a Vanadin diesen Stählen zugegeben werden. Diese Stähle können
im Gegensatz zu den früher verwendeten Legierungen im Siemens-Martin-Ofen erschmolzen
werden und haben außer der Legierungseinsparung den Vorteil guter Zerspanbarkeit
und Bohrbarkeit. Des weiteren besitzen sie eine gute Durchvergütung,wodurch eine
hohe
Kernzähigkeit gegeben ist. Die Legierung bzw. die daraus hergestellten
Preßluftkolben für Bohr- und Abbauhämmer sind im Sinne der Erfindung genau so wärmezubehandeln,
wie dies für die bisher üblichen Legierungen beschrieben worden ist. Gegebenenfalls
wird nach der ölhärtung bei etwas höheren Temperaturen angelassen.
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Das Oberflächenhärten und gegebenenfalls auch das zuvorige Vergüten
kann mit Induktionsgeräten durchgeführt werden, wie sie an sich bekannt und üblich
sind.