EP3781319B1 - Schlagwerkzeug und damit ausgestatteter rotor für eine maschine zur zerkleinerung von metallgegenständen oder gesteinsmaterialien - Google Patents

Schlagwerkzeug und damit ausgestatteter rotor für eine maschine zur zerkleinerung von metallgegenständen oder gesteinsmaterialien Download PDF

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EP3781319B1
EP3781319B1 EP18718807.3A EP18718807A EP3781319B1 EP 3781319 B1 EP3781319 B1 EP 3781319B1 EP 18718807 A EP18718807 A EP 18718807A EP 3781319 B1 EP3781319 B1 EP 3781319B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
circumferential surface
inner circumferential
striking tool
recess
bearing opening
Prior art date
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EP18718807.3A
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EP3781319A1 (de
Inventor
Bruno Mayer
Stephan O. Mayer
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Stahlwerke Bochum GmbH
Original Assignee
Stahlwerke Bochum GmbH
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/26—Details
    • B02C13/28—Shape or construction of beater elements

Definitions

  • the invention relates to an impact tool for the comminution of metal objects or rock materials.
  • Impact tools of this type are also referred to as "impact hammers” and are used in machines for comminuting scrap metal, such as vehicle bodies intended for scrapping, or demolition or construction debris.
  • the striking tools which are usually cast in one piece from an iron-based material or alternatively produced by forging or flame cutting a correspondingly shaped pre-product or as a welded construction, comprise a bearing section into which a bearing opening with an inner circumferential surface surrounding the bearing opening is formed, as well as a striking section that is in use is exposed to impact loads from contact with the material to be shredded.
  • a metallic axle is pushed through the bearing opening, on which the striking tool is then pivoted so that there is metallic frictional contact between the outer circumferential surface of the axle and the inner circumferential surface of the bearing opening of the striking tool.
  • FIG EP 1 047 499 B1 An example of a rotor for a shredding machine that can be equipped with impact tools of the type considered here is shown in FIG EP 1 047 499 B1 shown.
  • Such rotors rotating around an axis of rotation in use have several axles distributed at equal angular intervals around the axis of rotation, axially parallel to the axis of rotation, on which a larger number of hammer hammers are freely oscillating at a distance from one another.
  • the rotor In its circumferential areas between the hammers, the rotor is usually covered with so-called “protective caps” which, like the hammers, are usually made of highly wear-resistant steel, mainly by casting, but alternatively also by forging, flame cutting or welded construction.
  • the protective caps arranged next to the percussion hammers are mounted at a distance from the respective percussion hammer so that, on the one hand, the percussion hammer can freely perform its pendulum movement, but on the other hand, the gap that must be present between the respective protective cap and the associated percussion hammer in order to allow its pendulum movement allow, is as narrow as possible, in order to prevent metal or stone parts from penetrating the gap in question and the hammer from being blocked by material sitting in the gap during operation.
  • This wear phenomenon can go so far that the gap between the striking tool and the protective caps positioned laterally next to it is closed by material pushed out of the bearing eye and the pendulum movement of the striking tool is blocked. Even if this does not occur, the lateral material displacement that occurs in practical use leads to increased wear of the axis on which the striking tools are mounted, as well as in the area of the transitions between the bearing opening and the respective end face of the striking tool or on the associated side surfaces of the adjacent protective caps against which the material displaced from the bearing opening rubs.
  • the object was thus to create a striking tool in which the risk of excessive wear in the area of its bearing opening is minimized by simple means, even under high loads.
  • the invention has achieved this object in that such a striking tool is designed according to claim 1.
  • a rotor for a machine for crushing metal or rock materials, in particular scrap, such as automobile bodies to be scrapped, or residual rock masses from building construction or demolition, is accordingly equipped with an impact tool according to the invention.
  • An impact tool according to the invention for the comminution of metal objects or rock materials is accordingly made from an iron-based material in accordance with the prior art explained at the beginning and comprises a bearing section in which a bearing opening provided for freely oscillating storage of the impact tool on a metallic axis with a bearing opening surrounding inner circumferential surface is formed, with metallic frictional contact between the outer circumferential surface of the axle and the inner circumferential surface of the bearing opening of the impact tool, as well as an impact section which is exposed to an impacting load during use due to contact with the material to be comminuted.
  • a recess is formed in at least one section of the inner circumferential surface of the bearing eye, which is provided for receiving metallic material of the striking tool laterally adjoining the recess and displaced during use.
  • the at least one indentation which according to the invention is molded into the inner circumferential surface surrounding the bearing opening, provides space in the area of the inner circumferential surface itself, into which the material of the hammer, which evades as a result of the compressive forces acting on the inner circumferential surface in practical use, can escape. In this way On the one hand, this prevents material which surrounds the bearing opening from being pushed laterally out of the bearing opening and leading to a thickening of the hammer and consequently to a narrowing of the movement gap between the relevant face of the hammer and the associated side of the adjacent protective cap.
  • the compressive stresses are limited in the area of the inner circumferential surface of the striking tool delimiting the bearing opening, so that the material displacement is reduced and the risk of cracking or other damage, such as pieces of material breaking out and the like, is reduced.
  • the indentation runs spirally around the bearing opening and / or completely delimits at least one circumferential area of the inner circumferential surface in the longitudinal and circumferential direction of the inner circumferential surface and / or two or more indentations are distributed in the inner circumferential surface of the bearing eye in the longitudinal direction of the bearing opening.
  • the design of the inner circumferential surface of the bearing opening according to the invention it is thus possible to effectively extend the service life of an impact tool for the comminution of materials which is exposed to the highest loads in practical use. Due to the structuring of the inner circumferential surface brought about by means of the indentation provided according to the invention, the geometry of the bearing opening is stabilized over the service life of the striking tool. Rolling out of the material is largely avoided and the surface tensions are reduced, with the result that factors that initiate cracks and possibly lead to damage to the striking tools are minimized.
  • the indentation provided according to the invention can be introduced into the inner circumferential surface in a particularly simple manner in terms of production technology.
  • the depression can already be introduced into the inner circumferential surface during the casting of the striking tool by means of a suitably shaped casting core that depicts the bearing eye.
  • it can also be produced by other manufacturing processes, such as, for example, by electroerosion or mechanical, in particular machining, processing.
  • an impact tool according to the invention oscillates around the axis on which it is mounted, in each case only over a swivel range that is smaller than 360 °.
  • the indentation provided according to the invention is limited to the area of the inner circumferential surface in which high compressive stresses occur as a result of the centrifugal forces acting on the impact tool in use.
  • This allows the less stressed area of the bearing opening to be designed in a different way, for example in the form of an enlargement of the bearing opening extending in the direction of the striking section, so that the bearing section of the striking tool is given expansion properties not only because of its material properties, but also because of its shape that protects it from the appearance of cracks and breaks.
  • the shape and the course of the indentation provided according to the invention are to be designed in such a way that the material displaced laterally in the area of the inner circumferential surface of the bearing eye during use is taken up as completely as possible by the indentations.
  • the depression can be designed, for example, in the form of an annular groove encircling the longitudinal axis of the bearing opening.
  • the depression can each have the shape of a groove, whereby it goes without saying that regardless of which shape is provided for the depression, the transitions, corners and edges of the depression are each designed, in particular rounded, that the danger from there otherwise occurring notch effect is avoided.
  • two or more depressions can be molded into the inner circumferential surface of the bearing eye in a distributed manner in the longitudinal direction of the bearing opening.
  • a depression that structures the inner circumferential surface in such a way that a circumferential surface area of limited extent is present between two adjacent sections of the depression is a depression that is formed into the inner circumferential surface in a spiral shape around the bearing opening.
  • the indentation in the inner circumferential surface of the bearing opening can also form a structure in which at least one circumferential surface area of the inner circumferential surface is completely delimited by the indentation in the longitudinal and circumferential directions of the inner circumferential surface.
  • the depression can be designed in such a way that the peripheral surface area delimited by the depression is elliptical, circular, square or diamond-shaped.
  • the indentation can be shaped in such a way that two or more circumferential areas of the inner circumferential surface are separated from one another.
  • Such a structure can also be formed by a plurality of groove-shaped depressions that cross one another and have different depths or widths.
  • the shape and extent of the indentation provided according to the invention on the inner circumferential surface of the bearing opening of the striking tool according to the invention are to be selected so that they can accommodate as completely as possible the material that is potentially displaced during use and delimiting the bearing eye.
  • the depth of the recess measured in the radial direction starting from the inner circumferential surface is undertaken taking into account the hardness that is present in a layer near the surface, adjacent to the inner circumferential surface of the bearing opening when the impact tool is used, or is there in Ceases in the course of use. In this way, the influence of the properties of the material from which an impact tool according to the invention is made and the heat treatment that the impact tool undergoes in the course of its manufacture can be taken into account in order to optimally adapt its mechanical properties to the loads occurring during use.
  • An impact tool according to the invention can consist of a cast steel material in which, as a result of near-surface cold deformation, as occurs when using an impact tool according to the invention in the contact area between the inner circumferential surface of the bearing opening and the outer circumferential surface of the axis on which the impact tool oscillates, solidification and thus a solidification accompanying increase in hardness. It can also result in a Heat treatment to which the impact tool is subjected during its manufacture in order to set a maximum hardness in the area of its impact section and an optimized toughness in the area of its bearing section, resulting in decarburization and an associated decrease in hardness in a surface layer adjacent to the inner circumferential surface of the bearing opening.
  • the depth of the indentation measured in the radial direction from the inner circumferential surface into the material of the striking tool is at least equal to the thickness of a surface layer adjoining the inner circumferential surface, the hardness of which is lower than the hardness of one of the surface layer adjoining core layer of the striking tool, which is delimited by the surface layer opposite the bearing opening.
  • depressions that are 2 - 30 mm deep, for example, are suitable.
  • the recess should occupy a maximum of 50% of the inner circumferential surface of the bearing opening, the recess advantageously extending over at least 25%, in particular over at least 30% or at least one third the inner circumferential surface should extend in order to provide a sufficiently large receiving space for the displaced material of the impact tool in use.
  • the "inner circumferential surface" which is not provided with a depression is used as a reference value for the percentage specification.
  • this is equal to a hollow cylinder surface, the diameter of which is equal to the inside width of the bearing opening.
  • the depressions can be arranged at an angle of 10 ° - 80 ° with respect to the longitudinal axis of the bearing opening (when projecting into a plane of the drawing).
  • Typical steel materials from which impact tools designed according to the invention are made are martensitically solidifying heat-treatable steels with carbon contents of 0.1-0.70% by weight that are already used for this purpose.
  • Impact tools according to the invention can also be produced from austenitically solidifying steels with a manganese content of 7-30% by weight.
  • These types of steel known under the name “Hadfield steels”, have also proven themselves in practice for many years in the manufacture of striking tools of the type in question.
  • An example of such a Hadfield steel is the steel commercially available under the standard designation X120Mn12 and material number 1.3401. Hadfield steels show good wear resistance, especially when subjected to impact loads, due to their high work hardening ability.
  • striking tools according to the invention can be cast from cast iron materials known for this purpose, for example from so-called “white cast iron”, which has a chromium content of up to 29% by weight.
  • impact tools according to the invention from steel or cast iron materials
  • the striking tool 1 serves as a hammer when crushing metal scrap, such as vehicle bodies, mineral raw materials or mineral waste, such as building rubble, overburden or the like.
  • the striking tool is mounted on a conventional rotor, not shown here, in a pendulum manner on an axis of the rotor, also not shown here.
  • This way of oscillating mounting of a striking tool which belongs to the same type as a striking tool according to the invention, is for example in the EP 1 047 499 B1 described.
  • the striking tool 1 which is conventionally cast in one piece, for example from Hadfield steel, has a striking section 2 which is hardened by a suitable heat treatment in a manner also known per se, which in practical use comes into contact with the material to be crushed and thereby is exposed to extreme impact loads, and a bearing section 3, which is also thermally treated in a known manner so that it has sufficient toughness and elongation properties through which it is able to absorb the dynamic loads acting on the impact tool 1 during use.
  • a centrally arranged bearing opening 4 is formed in the bearing section 3 and extends between the end faces 5, 6 of the striking tool 1 over the width B thereof.
  • the central longitudinal axis L of the bearing opening 4 defines the pendulum axis about which the impact tool 1 oscillates around the axis of the rotor, which is usually also made of a steel material.
  • the shape of the inner circumferential surface 7 corresponds to the shape of a hollow cylinder surface, the diameter of which is equal to the clear width dW of the bearing opening 4.
  • the shown embodiment of the striking tool 1 are formed in the inner circumferential surface 7 at regular intervals over the width B of the striking tool 1, each formed in the manner of a groove-shaped annular groove and encircling the central longitudinal axis L of the bearing opening 4, depressions 8a-8d.
  • the indentations 8a-8d separate the annular sections of the inner circumferential surface between the indentations 8a-8d.
  • the depth T measured in the radial direction R and the clear width W measured at the boundary to the inner circumferential surface 7 of the inner circumferential opening surface of the depressions 8a - 8d are dimensioned, taking into account the groove shape of the depressions 8a - 8d, so that on the one hand in the area of the depressions 8a - 8d there is sufficient space for receiving material which, during use, is displaced from the sections of the material of the striking tool 1 which border the bearing opening 4 and which are laterally adjacent to the depressions 8a-8d.
  • the clear width W of the depressions 8a - 8d is dimensioned such that the inner circumferential openings of the depressions 8a - 8d, for example, take up about 40% of the total inner circumferential surface 7, i.e. the inner circumferential surface of a hollow cylinder, the diameter of which corresponds to the clear width dW of the bearing opening 4.
  • the inner circumferential surface 7 is also profiled by groove-like depressions 8h-8l, which in the projection into the plane of the drawing have isosceles converging in a V-shape and angled by 45 ° with respect to the longitudinal axis L.
  • the depressions 8m and 8n form a coherent pattern-like structure in which the diamond-shaped ( Fig. 5 ) or circular ( Fig. 6 ) Shaped circumferential surface sections 9a - 9c; 10a - 10c are delimited on all sides in the longitudinal and circumferential directions by the respective indentation 8m, 8n, so that adjacent circumferential surface sections 9a - 9c; 10a - 10c are separated from one another by a section of the respective indentation 8m, 8n are.
  • Such a structuring of the inner circumferential surface 7 by the depressions 8m, 8n has the advantage that material expansions in the circumferential and longitudinal direction of the bearing opening 4 can be safely absorbed by the depressions 8m, 8n.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schlagwerkzeug für die Zerkleinerung von Metallgegenständen oder Gesteinsmaterialien.
  • Solche Schlagwerkzeuge werden auch als "Schlaghammer" bezeichnet und in Maschinen zur Zerkleinerung von Metallschrott, wie für die Verschrottung vorgesehene Karosserien von Fahrzeugen, oder von Abbruch- oder Baurestmassen eingesetzt.
  • Dabei umfassen die üblicherweise in einem Stück aus einem eisenbasierten Werkstoff gegossenen oder alternativ durch Schmieden oder Brennschneiden eines entsprechend geformten Vorprodukts oder als Schweißkonstruktion hergestellten Schlagwerkzeuge einen Lagerabschnitt, in den eine Lageröffnung mit einer die Lageröffnung umgrenzenden Innenumfangsfläche eingeformt ist, sowie einen Schlagabschnitt, der im Gebrauch einer schlagenden Belastung durch Kontakt mit dem zu zerkleinernden Material ausgesetzt ist. Durch die Lageröffnung wird im Gebrauch eine metallische Achse geschoben, auf der das Schlagwerkzeug dann pendelnd gelagert ist, so dass zwischen der Außenumfangsfläche der Achse und der Innenumfangsfläche der Lageröffnung des Schlagwerkzeugs metallischer Reibkontakt besteht.
  • Beispiele für derartige Schlagwerkzeuge sind in der WO 97/05951 A1 und der Broschüre "Stahlwerke Bochum - Hochverschleißfeste Gußteile", aus dem Jahre 2012, herausgegeben von der Anmelderin und zum Download bereitstehend unter der URL http://stahlwerke-bochum.com/wpcontent/uploads/2015/07/swb_image_prospekt_d.pdf beschrieben.
  • Ein Beispiel für einen Rotor für eine Zerkleinerungsmaschine, der mit Schlagwerkzeugen der hier betrachteten Art bestückt werden kann, ist in der EP 1 047 499 B1 dargestellt.
  • Solche im Gebrauch um eine Drehachse rotierenden Rotoren weisen an ihrem Umfang mehrere in gleichen Winkelabständen um die Drehachse verteilte, sich achsparallel zur Drehachse erstreckende Achsen auf, auf denen beabstandet zueinander eine größere Zahl von Schlaghämmern frei pendelnd gelagert sind. In seinen Umfangsbereichen zwischen den Schlaghämmern ist der Rotor in der Regel mit sogenannten "Schutzkappen" besetzt, die, wie die Schlaghämmer, in der Regel aus einem hochverschleißfesten Stahl, überwiegend gießtechnisch, alternativ aber auch durch Schmieden, Brennschneiden oder als Schweißkonstruktion hergestellt sein können. Die nächstbenachbart zu den Schlaghämmern angeordneten Schutzkappen werden dabei so beabstandet zu dem jeweiligen Schlaghammer montiert, dass einerseits der Schlaghammer seine Pendelbewegung frei ausführen kann, andererseits aber der Spalt, der zwischen der jeweiligen Schutzkappe und dem zugeordneten Schlaghammer notwendig vorhanden sein muss, um dessen Pendelbewegung zu ermöglichen, möglichst schmal ist, um während des Betriebs das Eindringen von Metall- oder Gesteinsteilen in den betreffenden Spalt und ein Blockieren des Hammers durch im Spalt sitzendes Material zu verhindern.
  • Die bei vertikal oder horizontal rotierend gelagerten Schlagwerkzeugen der voranstehend erläuterten Art in Abhängigkeit der jeweiligen Umdrehungsgeschwindigkeiten wirkenden Zentrifugalkräfte sind hoch und führen zu starken Belastungen in der Lageröffnung, wobei hiervon insbesondere die Innenumfangsfläche der Lageröffnung betroffen ist, die direktem metallischen Reibkontakt mit der Achse des Rotors ausgesetzt ist. Dynamische Lastanteile führen hierbei zu hohen Spannungsspitzen.
  • Praktische Erfahrungen zeigen, dass es mit fortschreitender Gebrauchsdauer und damit einhergehender Zunahme der Lastwechsel, denen das Schlagwerkzeug ausgesetzt ist, zur Verformung der Lageröffnung kommt. So wird nicht nur die Lageröffnung in radialer Richtung geweitet, sondern es kommt auch zu Auswalzungseffekten, durch die die Lageröffnung umgrenzendes Material des Schlagwerkzeugs in Längsrichtung der Lageröffnung verdrängt wird. An den stirnseitigen Mündungen der Lageröffnung bilden sich auf diese Weise Verdickungen, sogenannte "Ausbördelungen". Diese können so stark anwachsen, dass die Breite des Lagerabschnitts des Schlagwerkzeugs in seinem an die Lageröffnung angrenzenden Bereich über dessen ursprüngliche Breite hinaus zunimmt.
  • Diese Verschleißerscheinung kann so weit gehen, dass der Spalt zwischen dem Schlagwerkzeug und den jeweils seitlich neben ihm positionierten Schutzkappen durch aus dem Lagerauge gedrängtes Material geschlossen und die Pendelbewegung des Schlagwerkzeugs blockiert wird. Selbst wenn dieser Fall nicht eintritt, kommt es in Folge der sich im praktischen Gebrauch einstellenden seitlichen Materialverdrängung zu erhöhtem Verschleiß der Achse, auf der die Schlagwerkzeuge gelagert sind, sowie im Bereich der Übergänge der Lageröffnung zur jeweiligen Stirnseite des Schlagwerkzeugs oder an den zugeordneten Seitenflächen der benachbarten Schutzkappen, an denen sich das aus der Lageröffnung verdrängte Material reibt.
  • Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik hat sich somit die Aufgabe ergeben, ein Schlagwerkzeug zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die Gefahr von übermäßigem Verschleiß im Bereich seiner Lageröffnung auch unter hohen Belastungen minimiert ist.
  • Darüber hinaus sollte ein Rotor für eine Maschine zur Zerkleinerung von Metall- oder Gesteinsmaterialien geschaffen werden, bei dem mit einfachen Mitteln eine optimal lange Einsatzdauer der an ihm pendelnd gelagerten Schlagwerkzeuge erreicht ist.
  • In Bezug auf das Schlagwerkzeug hat die Erfindung diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein solches Schlagwerkzeug gemäß Anspruch 1 ausgestaltet ist.
  • Ein die voranstehend genannte Aufgabe lösender Rotor für eine Maschine zum Zerkleinern von Metall- oder Gesteinsmaterialien, insbesondere Schrott, wie zu verschrottende Automobilkarosserien, oder vom Gebäudebau oder -abbruch stammenden Gesteinsrestmassen ist dementsprechend mit einem erfindungsgemäßen Schlagwerkzeug ausgestattet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • Ein erfindungsgemäßes Schlagwerkzeug für die Zerkleinerung von Metallgegenständen oder Gesteinsmaterialien ist demnach in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik aus einem eisenbasierten Werkstoff hergestellt und umfasst einen Lagerabschnitt, in den eine zum frei pendelnden Lagern des Schlagwerkzeugs auf einer metallischen Achse vorgesehene Lageröffnung mit einer die Lageröffnung umgrenzenden Innenumfangsfläche eingeformt ist, wobei im Gebrauch zwischen der Außenumfangsfläche der Achse und der Innenumfangsfläche der Lageröffnung des Schlagwerkzeugs metallischer Reibkontakt besteht, sowie einen Schlagabschnitt, der im Gebrauch einer schlagenden Belastung durch Kontakt mit dem zu zerkleinernden Material ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß ist dabei mindestens in einen Abschnitt der Innenumfangsfläche des Lagerauges eine Einsenkung eingeformt, die zur Aufnahme von an die Einsenkung seitlich angrenzendem, im Gebrauch verdrängtem metallischen Werkstoff des Schlagwerkzeugs vorgesehen ist.
  • Die mindestens eine Einsenkung, die erfindungsgemäß in die die Lageröffnung umgrenzende Innenumfangsfläche eingeformt ist, stellt im Bereich der Innenumfangsfläche selbst Raum zur Verfügung, in den das in Folge der im praktischen Gebrauch auf die Innenumfangsfläche wirkenden Druckkräfte ausweichende Material des Schlaghammers ausweichen kann. Auf diese Weise wird einerseits verhindert, dass Material, welches die Lageröffnung umgrenzt, seitlich aus der Lageröffnung gedrängt wird und dort zu einer Verdickung des Schlaghammers und damit einhergehend zu einer Einengung des Bewegungsspaltes zwischen der betreffenden Stirnseite des Schlaghammers und der zugeordneten Seite der benachbarten Schutzkappe führt. Andererseits werden die Druckspannungen im Bereich der die Lageröffnung begrenzenden Innenumfangsfläche des Schlagwerkzeugs begrenzt, so dass die Materialverdrängung vermindert und die Gefahr von Rissbildung oder anderen Schädigungen, wie ausbrechende Materialstücke und desgleichen, reduziert ist. Erfindungsgemäß umläuft die Einsenkung spiralförmig die Lageröffnung und/oder umgrenzt mindestens einen Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche in Längs- und Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche vollständig und/oder es sind zwei oder mehr Einsenkungen in Längsrichtung der Lageröffnung verteilt in die Innenumfangsfläche des Lagerauges eingeformt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Innenumfangsfläche der Lageröffnung gelingt es somit, die Gebrauchsdauer eines Schlagwerkzeugs für die Zerkleinerung von Materialien, das im praktischen Gebrauch höchsten Belastungen ausgesetzt ist, effektiv zu verlängern. Durch die mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Einsenkung bewirkte Strukturierung der Innenumfangsfläche wird die Geometrie der Lageröffnung über die Gebrauchsdauer des Schlagwerkzeugs stabilisiert. Ein Auswalzen des Materials wird weitgehend vermieden und die Oberflächenspannungen werden reduziert, mit dem Ergebnis, dass risseinleitende und möglicherweise zu Havarien der Schlagwerkzeuge führende Faktoren minimiert sind.
  • Dabei lässt sich die erfindungsgemäß vorgesehene Einsenkung herstellungstechnisch besonders einfach in die Innenumfangsfläche einbringen. So kann die Einsenkung bereits beim Gießen des Schlagwerkzeugs mittels eines geeignet geformten, das Lagerauge abbildenden Gießkerns in die Innenumfangsfläche eingebracht werden. Sie kann aber auch durch andere Fertigungsverfahren, wie beispielsweise durch eine elektroerodierende oder mechanische, insbesondere spanabhebende, Bearbeitung erzeugt werden.
  • In den meisten praktischen Anwendungsfällen pendelt ein erfindungsgemäßes Schlagwerkzeug um die Achse, auf der es gelagert ist, jeweils nur über einen Schwenkbereich, der kleiner ist als 360°. In diesen Fällen reicht es in der Regel aus, wenn die erfindungsgemäß vorgesehene Einsenkung auf den Bereich der Innenumfangsfläche beschränkt ist, in dem es in Folge der auf das Schlagwerkzeug im Einsatz wirkenden Fliehkräfte zu hohen Druckspannungen kommt. Dies erlaubt es, den jeweils weniger belasteten Bereich der Lageröffnung in anderer Weise, beispielsweise in Form einer in Richtung des Schlagabschnitts sich erstreckenden Erweiterung der Lageröffnung, so auszugestalten, dass der Lagerabschnitt des Schlagwerkzeugs nicht nur aufgrund seiner Materialeigenschaften, sondern auch aufgrund seiner Formgebung Dehnungseigenschaften erhält, die ihn vor dem Auftreten von Rissen und Brüchen schützt.
  • Die Form und der Verlauf der erfindungsgemäß vorgesehenen Einsenkung sind so auszubilden, dass das im Gebrauch im Bereich der Innenumfangsfläche des Lagerauges seitlich verdrängte Material möglichst vollständig von den Einsenkungen aufgenommen wird.
  • Hierzu kann es zweckmäßig sein, in den mit der Einsenkung versehenen Abschnitt der Innenumfangsfläche der Lageröffnung durch die Einsenkung eine Oberflächenstruktur zu bilden, bei der mindestens ein Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche durch die Einsenkung von einem benachbarten Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche abgetrennt ist. Durch die auf diese Weise geschaffene Unterteilung der Innenumfangsfläche ist das in den jeweils voneinander abgeteilten Bereichen vorhandene, für eine Verdrängung zur Verfügung stehende Volumen vermindert, so dass auch die potenziell verdrängten Materialmengen vermindert sind.
  • Die einfachste Möglichkeit einer derartigen Unterteilung besteht in einer um die Innenumfangsfläche umlaufenden Einsenkung. Hierzu kann die Einsenkung beispielsweise in Form einer ringförmig um die Längsachse der Lageröffnung umlaufenden Ringnut ausgebildet sein.
  • Die Einsenkung kann jeweils die Gestalt einer Rille haben, wobei es sich von selbst versteht, dass unabhängig davon, welche Gestalt für die Einsenkung vorgesehen wird, die Übergänge, Ecken und Kanten der Einsenkung jeweils so gestaltet, insbesondere ausgerundet werden, dass die Gefahr von dort andernfalls auftretender Kerbwirkung vermieden wird.
  • Um eine vielfache Unterteilung der Innenumfangsfläche in zwei oder mehr voneinander getrennte Umfangsflächenbereiche zu erreichen, können zwei oder mehr Einsenkungen in Längsrichtung der Lageröffnung verteilt in die Innenumfangsfläche des Lagerauges eingeformt sein.
  • Ein weiteres Beispiel für eine Einsenkung, die die Innenumfangsfläche so strukturiert, dass zwischen zwei benachbarten Abschnitten der Einsenkung jeweils ein Umfangsflächenbereich von begrenzter Ausdehnung vorhanden ist, ist eine Einsenkung, die spiralförmig um die Lageröffnung umlaufend in die Innenumfangsfläche eingeformt ist.
  • Ebenso kann die Einsenkung in der Innenumfangsfläche der Lageröffnung eine Struktur bilden, bei der mindestens ein Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche in Längs- und Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche vollständig von der Einsenkung umgrenzt ist. Hierzu kann die Einsenkung so ausgebildet sein, dass der von der Einsenkung umgrenzte Umfangsflächenbereich ellipsen-, kreis-, quadratisch oder rautenförmig ist. Selbstverständlich kann die Einsenkung dabei so geformt werden, dass zwei oder mehr Umfangsbereiche der Innenumfangsfläche voneinander getrennt sind.
  • Eine derartige Struktur kann auch durch mehrere einander kreuzende rillenförmige Einsenkungen gebildet sein, die unterschiedliche Tiefen oder Breiten aufweisen.
  • Insbesondere kann es im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Belastung, denen die einzelnen durch die Einsenkung bei dieser Ausgestaltung voneinander abgetrennten Umfangsflächenabschnitte im Gebrauch ausgesetzt sind, vorteilhaft sein, wenn die betreffenden Umfangsabschnitte gleichmäßig über die Innenumfangsfläche der Lageröffnung verteilt sind, durch die Einsenkung in die Innenumfangsfläche also eine regelmäßige Struktur eingeformt ist, bei der voneinander separierten Umfangsflächenabschnitte in einer regelmäßigen Anordnung an der Innenumfangsfläche verteilt vorliegen.
  • Wie schon erwähnt, sind Gestalt und Ausdehnung der erfindungsgemäß an der Innenumfangsfläche der Lageröffnung des erfindungsgemäßen Schlagwerkzeugs vorgesehenen Einsenkung so zu wählen, dass sie das potenziell im Gebrauch verdrängte, das Lagerauge umgrenzende Material möglichst vollständig aufnehmen kann. Hierzu hat es sich bewährt, wenn die in radialer Richtung ausgehend von der Innenumfangsfläche gemessene Tiefe der Einsenkung unter Berücksichtigung der Härte vorgenommen wird, die in einer oberflächennahen, an die Innenumfangsfläche der Lageröffnung angrenzenden Schicht bei Aufnahme des Gebrauchs des Schlagwerkzeugs vorhanden ist oder sich dort im Laufe des Gebrauchs einstellt. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss der Eigenschaften des Materials, aus dem ein erfindungsgemäßes Schlagwerkzeug besteht, und der Wärmebehandlung berücksichtigen, die das Schlagwerkzeug im Laufe seiner Herstellung durchläuft, um seine mechanischen Eigenschaften optimal an die im Gebrauch auftretenden Belastungen anzupassen.
  • So kann ein erfindungsgemäßes Schlagwerkzeug aus einem Stahlgusswerkstoff bestehen, bei dem es in Folge einer oberflächennahen Kaltverformung, wie sie beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Schlagwerkzeugs im Kontaktbereich zwischen Innenumfangsfläche der Lageröffnung und Außenumfangsfläche der Achse auftritt, auf der das Schlagwerkzeug pendelt, zu einer Verfestigung und einem damit einhergehenden Anstieg der Härte kommt. Ebenso kann es in Folge einer Wärmebehandlung, der das Schlagwerkzeug bei seiner Herstellung unterzogen wird, um eine maximale Härte im Bereich seines Schlagabschnitts und eine optimierte Zähigkeit im Bereich seines Lagerabschnitts einzustellen, zu einer Entkohlung und einer damit einhergehenden Abnahme von Härte in einer an die Innenumfangsfläche der Lageröffnung angrenzenden Oberflächenschicht kommen.
  • Insbesondere in letztem Fall ist es vorteilhaft, wenn die in radialer Richtung ausgehend von der Innenumfangsfläche in das Material des Schlagwerkzeugs hinein gemessene Tiefe der Einsenkung mindestens gleich der Dicke einer an die Innenumfangsfläche angrenzenden Oberflächenschicht ist, deren Härte geringer ist als die Härte einer an die Oberflächenschicht angrenzenden, von der Oberflächenschicht gegenüber der Lageröffnung abgegrenzten Kernschicht des Schlagwerkzeugs. Für die Praxis eignen sich hierbei Einsenkungen, die beispielsweise 2 - 30 mm mm tief sind.
  • Um trotz der erfindungsgemäß vorgesehenen Einsenkung eine ausreichende Tragfähigkeit der Innenumfangsfläche der Lageröffnung eines erfindungsgemäßen Schlagwerkzeugs zu sichern, sollte die Einsenkung höchstens 50 % der Innenumfangsfläche der Lageröffnung einnehmen, wobei sich die Einsenkung vorteilhafterweise über mindestens 25 %, insbesondere über mindestens 30 % oder mindestens ein Drittel der Innenumfangsfläche erstrecken sollte, um einen ausreichend großen Aufnahmeraum für das im Gebrauch verdrängte Material des Schlagwerkzeugs zur Verfügung zu stellen. Dabei wird bei dieser Maßangabe als Bezugsgröße für die %-Angabe die nicht mit einer Einsenkung versehene "Innenumfangsfläche" herangezogen. Diese ist beispielsweise im Fall einer Lageröffnung mit einem kreisrunden lichten Durchmesser gleich einer Hohlzylinderfläche, deren Durchmesser gleich der lichten Weite der Lageröffnung ist.
  • Sind mehrere voneinander unabhängige Einsenkungen vorgesehen, können diese unterschiedliche Breiten und Tiefen haben. Die Einsenkungen können dabei in Bezug auf die Längsachse der Lageröffnung (bei Projektion in eine Zeichnungsebene) unter einem Winkel von 10° - 80° angeordnet sein.
  • Typische Stahlwerkstoffe, aus denen erfindungsgemäß gestaltete Schlagwerkzeuge hergestellt sind, sind heute schon zu diesem Zweck verwendete martensitisch erstarrende Vergütungsstähle mit Kohlenstoff-Gehalten von 0,1 - 0,70 Gew.-%.
  • Ebenso lassen sich erfindungsgemäße Schlagwerkzeuge aus austenitisch erstarrenden Stählen mit Mangangehalten von 7 - 30 Gew.-% herstellen. Auch diese unter der Bezeichnung "Hadfield-Stähle" bekannten Stahlsorten haben sich in der Praxis für die Herstellung von Schlagwerkzeugen der in Rede stehenden Art seit vielen Jahren bewährt. Ein Beispiel für einen solchen Hadfield-Stahl ist der unter der Normbezeichnung X120Mn12 und der Werkstoffnummer 1.3401 handelsübliche Stahl. Gerade unter stoßender Belastung weisen Hadfield-Stähle einen guten Verschleißwiderstand aufgrund ihrer hohen Kaltverfestigungsfähigkeit auf.
  • Des Weiteren können erfindungsgemäße Schlagwerkzeuge aus zu diesem Zweck bekannten Eisengusswerkstoffen gegossen werden, beispielsweise aus sogenanntem "weißen Gusseisen", das Chrom-Gehalte von bis zu 29 Gew.-% aufweist.
  • Alternativ zu der voranstehend erläuterten gießtechnischen Herstellung erfindungsgemäßer Schlagwerkzeuge aus Stahl- oder Eisengusswerkstoffen ist es auch möglich, solche Schlagwerkzeuge durch Schmieden oder durch Brennschneiden aus einem entsprechend geformten Vorprodukt oder als Schweißkonstruktion aus vorgefertigten Teilen herzustellen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch und nicht maßstäblich:
    • Fig. 1
    ein Schlagwerkzeug in perspektivischer Ansicht;
    Fig. 2
    das Schlagwerkzeug gemäß Fig. 1 in einem Längsschnitt;
    Fig. 3 - 6
    Ausgestaltungen des Schlagwerkzeugs in einer der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt-Darstellung.
  • Das Schlagwerkzeug 1 dient als Schlaghammer bei der Zerkleinerung von Metallschrott, wie Fahrzeugkarosserien, mineralischen Rohstoffen oder mineralischen Abfällen, wie Bauschutt, Abraum oder desgleichen.
  • Dazu wird das Schlagwerkzeug an einem konventionellen, hier nicht gezeigten Rotor in der Weise pendelnd auf einer hier ebenfalls nicht gezeigten Achse des Rotors gelagert. Diese Art und Weise der pendelnden Lagerung eines Schlagwerkzeugs, das zur selben Gattung gehört, wie ein erfindungsgemäßes Schlagwerkzeug, ist beispielsweise in der EP 1 047 499 B1 beschrieben.
  • Um seinen Verwendungszweck zu erfüllen, weist das in konventioneller Weise einstückig beispielsweise aus einem Hadfield-Stahl gegossene Schlagwerkzeug 1 einen durch eine geeignete Wärmebehandlung in an sich ebenfalls bekannter Weise gehärteten Schlagabschnitt 2, der im praktischen Einsatz in Kontakt mit dem zu zerkleinernden Material kommt und dadurch extremen Schlagbelastungen ausgesetzt ist, und einen Lagerabschnitt 3 auf, der in ebenso bekannter Weise so thermisch behandelt ist, dass er eine ausreichende Zähigkeit und Dehnungseigenschaften besitzt, durch die er in der Lage ist, die im Gebrauch auf das Schlagwerkzeug 1 wirkenden dynamischen Belastungen aufzunehmen.
  • In den Lagerabschnitt 3 ist eine zentral angeordnete Lageröffnung 4 eingeformt, die sich zwischen den Stirnseiten 5,6 des Schlagwerkzeugs 1 über dessen Breite B erstreckt. Die zentrale Längsachse L der Lageröffnung 4 definiert die Pendelachse, um die das Schlagwerkzeug 1 im Gebrauch um die in der Regel ebenfalls aus einem Stahlwerkstoff bestehende Achse des Rotors pendelt. Dabei besteht metallischer Reibkontakt zwischen der Außenumfangsfläche der Achse des Rotors und der Innenumfangsfläche 7, die die Lageröffnung 4 des Schlagwerkzeugs 1 umgrenzt. Im Neuzustand entspricht die Form der Innenumfangsfläche 7 der Form einer Hohlzylinderfläche, deren Durchmesser gleich der lichten Weite dW der Lageröffnung 4 ist.
  • Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausgestaltung des Schlagwerkzeugs 1 sind in die Innenumfangsfläche 7 in regelmäßigen Abständen über die Breite B des Schlagwerkzeugs 1 verteilt vier jeweils nach Art einer rillenförmigen Ringnut ausgebildete und um die zentrale Längsachse L der Lageröffnung 4 umlaufende Einsenkungen 8a - 8d eingeformt. Durch die Einsenkungen 8a - 8d sind die jeweils zwischen den Einsenkungen 8a - 8d vorhandenen ringförmigen Abschnitte der Innenumfangsfläche voneinander getrennt.
  • Die in radialer Richtung R gemessene Tiefe T und die an der Grenze zur Innenumfangsfläche 7 gemessene lichte Weite W der innenumfangsseitigen Öffnungsfläche der Einsenkungen 8a - 8d sind unter Berücksichtigung der Nutform der Einsenkungen 8a - 8d so bemessen, dass einerseits im Bereich der Einsenkungen 8a - 8d ausreichend Raum für die Aufnahme von Material vorhanden ist, das im Gebrauch aus den jeweils seitlich an die Einsenkungen 8a - 8d angrenzenden Abschnitten des die Lageröffnung 4 umgrenzenden Werkstoffs des Schlagwerkzeugs 1 verdrängt wird. Andererseits ist die lichte Weite W der Einsenkungen 8a - 8d so bemessen, dass die innenumfangsseitigen Öffnungen der Einsenkungen 8a - 8d beispielsweise etwa 40 % der gesamten Innenumfangsfläche 7, d.h. der Innenumfangsfläche eines Hohlzylinders einnehmen, dessen Durchmesser der lichten Weite dW der Lageröffnung 4 entspricht.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung sind ebenfalls mehrere in regelmäßigen Abständen um den Umfang der Lageröffnung 4 verteilt angeordnete, rillenförmige Einsenkungen 8e - 8g vorhanden, die bei der in Fig. 2 vorgenommenen Projektion in die Zeichenebene in Bezug auf die zentrale Längsachse L der Lageröffnung unter einem Winkel von 45° ausgerichtet sich spiralartig in Längs- LR und Umfangsrichtung UR der Lageröffnung 4 erstrecken.
  • Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung ist die Innenumfangsfläche 7 ebenfalls durch rillenartige Einsenkungen 8h - 8l profiliert, die in der Projektion in die Zeichenebene V-förmig aufeinander zulaufende, gleichschenklige und gegenüber der Längsachse L um 45° angewinkelte Abschnitte aufweisen.
  • Bei den in den Figuren 5 und 6 dargestellten Varianten bilden die Einsenkungen 8m und 8n eine zusammenhängende musterartige Struktur, bei der rautenförmige (Fig. 5) oder kreisförmige (Fig. 6) geformte Umfangsflächenabschnitte 9a - 9c;10a - 10c in Längs- und Umfangsrichtung allseits von der jeweiligen Einsenkung 8m,8n umgrenzt sind, so dass jeweils benachbarte Umfangsflächenabschnitte 9a - 9c;10a - 10c jeweils durch einen Abschnitt der betreffenden Einsenkung 8m,8n voneinander getrennt sind. Eine derartige Strukturierung der Innenumfangsfläche 7 durch die Einsenkungen 8m,8n hat den Vorteil, dass Materialausdehnungen in Umfangs- und Längsrichtung der Lageröffnung 4 sicher von den Einsenkungen 8m,8n aufgenommen werden können.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Schlagwerkzeug
    2
    Schlagabschnitt
    3
    Lagerabschnitt
    4
    Lageröffnung
    5,6
    Stirnseiten des Schlagwerkzeugs 1
    7
    Innenumfangsfläche der Lageröffnung 4
    8a - 8n
    Einsenkungen in die Innenumfangsfläche 7
    9a - 9c
    Umfangsflächenabschnitte
    10a - 10c
    Umfangsflächenabschnitte
    B
    Breite des Schlagwerkzeugs 1
    dW
    lichte Weite dW der Lageröffnung 4
    L
    zentrale Längsachse der Lageröffnung 4
    LR
    Längsrichtung
    R
    radiale Richtung
    T
    Tiefe der Einsenkungen 8a - 8n
    UR
    Umfangsrichtung
    W
    lichte Weite der innenumfangsseitigen Öffnungsfläche der Einsenkungen 8a - 8n

Claims (12)

  1. Schlagwerkzeug für die Zerkleinerung von Metallgegenständen oder Gesteinsmaterialien, hergestellt aus einem eisenbasierten Werkstoff und umfassend einen Lagerabschnitt (3), in den eine zum frei pendelnden Lagern des Schlagwerkzeugs (1) auf einer metallischen Achse vorgesehene Lageröffnung (4) mit einer die Lageröffnung (4) umgrenzenden Innenumfangsfläche (7) eingeformt ist, wobei im Gebrauch zwischen der Außenumfangsfläche der Achse und der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) des Schlagwerkzeugs (1) metallischer Reibkontakt besteht, sowie einen Schlagabschnitt (2), der im Gebrauch einer schlagenden Belastung durch Kontakt mit dem zu zerkleinernden Material ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Abschnitt der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) mindestens eine Einsenkung (8a - 8n) eingeformt ist, die zur Aufnahme von an die Einsenkung (8a - 8n) seitlich angrenzendem, im Gebrauch verdrängtem metallischen Werkstoff des Schlagwerkzeugs (1) vorgesehen ist, wobei die Einsenkung (8e - 8g) spiralförmig um die Lageröffnung (4) umläuft und/oder wobei die Einsenkung (8m,8n) mindestens einen Umfangsflächenbereich (9a,9b; 10a,10b) der Innenumfangsfläche (7) in Längs- (LR) und Umfangsrichtung (UR) der Innenumfangsfläche (7) vollständig umgrenzt und/oder wobei zwei oder mehr Einsenkungen (8a - 8k) in Längsrichtung (LR) der Lageröffnung (4) verteilt in die Innenumfangsfläche (7) des Lagerauges eingeformt sind.
  2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung (8a - 8n) mindestens in einem Abschnitt der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) vorgesehen ist, der im Gebrauch druckbelastet ist.
  3. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mit der Einsenkung (8a - 8n) versehene Abschnitt der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) durch die Einsenkung (8a - 8n) eine Oberflächenstruktur gebildet ist, bei der mindestens ein Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche (7) durch die Einsenkung von einem benachbarten Umfangsflächenbereich der Innenumfangsfläche (7) abgetrennt ist.
  4. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung (8a - 8g) um die Lageröffnung (4) umläuft.
  5. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung (8a - 8k) nach Art einer Rille ausgebildet ist.
  6. Schlagwerkzeug nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung (8a - 8d) nach Art einer Ringnut um die Lageröffnung (4) umläuft.
  7. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Einsenkung (8n,8m) umgrenzte Umfangsflächenbereich (9a,9b;10a,10b) ellipsen-, kreis-, quadratisch oder rautenförmig ist.
  8. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung (R) ausgehend von der Innenumfangsfläche (7) in das Material des Schlagwerkzeugs (1) hinein gemessene Tiefe (T) der Einsenkung (8a - 8n) mindestens gleich der Dicke einer an die Innenumfangsfläche (7) angrenzenden Oberflächenschicht ist, deren Härte geringer ist als die Härte einer an die Oberflächenschicht angrenzenden, von der Oberflächenschicht gegenüber der Lageröffnung (4) abgegrenzten Kernschicht des Schlagwerkzeugs (1).
  9. Schlagwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Einsenkung 2 - 30 mm beträgt.
  10. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung 25 - 50% der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) einnimmt.
  11. Schlagwerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Eisen- oder Stahlgusswerkstoff besteht.
  12. Rotor für eine Maschine zur Zerkleinerung von Metallgegenständen oder Gesteinsmaterialien, umfassend mindestens eine metallische Achse, auf der mindestens ein gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildetes Schlagwerkzeug (1) mit seiner Lageröffnung (4) gelagert ist, wobei zwischen der Außenumfangsfläche der Achse und der Innenumfangsfläche (7) der Lageröffnung (4) des Schlagwerkzeugs (1) metallischer Reibkontakt besteht.
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