EP4722407A1 - Werkzeug, verwendung eines werkzeugs und verfahren zum beschichten eines werkzeugs - Google Patents

Werkzeug, verwendung eines werkzeugs und verfahren zum beschichten eines werkzeugs

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EP4722407A1
EP4722407A1 EP25207269.9A EP25207269A EP4722407A1 EP 4722407 A1 EP4722407 A1 EP 4722407A1 EP 25207269 A EP25207269 A EP 25207269A EP 4722407 A1 EP4722407 A1 EP 4722407A1
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EP
European Patent Office
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tool
layer
indicator
base body
spraying
Prior art date
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Pending
Application number
EP25207269.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas MÖHRKE
Michél HAUER
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Abstract

Die Anmeldung betrifft Werkzeuge, deren Verwendung, sowie Verfahren zum Beschichten von Werkzeugen. Ein beispielhaftes Werkzeug (100, 200) kann insbesondere ein landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug (100, 200) sein und umfasst einen Grundkörper (110, 210), eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte Indikatorschicht (230) und eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte Deckschicht (120, 220), die die Indikatorschicht (230) zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung (221) der Deckschicht (120, 220) ein Indikatorbereich (231) der Indikatorschicht (230) visuell erfassbar freigelegt wird, wobei die Indikatorschicht (230) und/oder die Deckschicht (120, 220) durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.

Description

  • Die Anmeldung betrifft ein Werkzeug mit einer Beschichtung. Der Gegenstand der Anmeldung ist insbesondere im Gebiet der Landwirtschaft und des Bergbaus anwendbar. Auch andere Anwendungen sind jedoch möglich - beispielsweise im Hoch- oder Tiefbau, des herstellenden oder verarbeitenden Gewerbes einschließlich des Handwerks und industrieller Maschinen, etc. - da verschiedenste Werkzeuge mit den Merkmalen des Anmeldungsgegenstandes vorgesehen werden können. Die Anmeldung betrifft ferner eine Verwendung eines solches Werkzeugs sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs.
  • Werkzeuge, insbesondere bearbeitende oder verarbeitende Werkzeuge, unterliegen in den verschiedensten Einsatzbereichen variablem Verschleiß bei der Anwendung, wodurch ihre Standzeit begrenzt wird. Bei landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungswerkzeugen etwa hängt ein Verschleiß der Werkzeugoberfläche unter anderem von der Bodenbeschaffenheit ab. Dadurch ist es zusätzlich erschwert, einen Zeitpunkt für einen notwendigen Austausch oder ggf. eine Aufarbeitung (etwa durch Neubeschichten) des Werkzeugs zuverlässig zu bestimmen. Als Folge kann es zu etwa zum Nachlassen der Bodenbearbeitungsqualität, Abbruch von Werkzeugteilen und/oder Verbleib von Werkzeugteilen im Boden kommen. Auch eine erhöhte Bearbeitungszeit und/oder ein erhöhter Treibstoffverbrauch von beispielsweise Zugmaschinen kann auftreten. In anderen Anwendungsgebieten von Werkzeugen treten analoge Situationen und Probleme auf
  • Ein Ansatz zur teilweisen Verringerung solche Probleme besteht in der Verwendung von Werkzeugen erhöhter Verschleißbeständigkeit. Bekannt sind etwa Hartmetallwerkzeuge, die jedoch durch hohe Kosten gekennzeichnet sind. Als wirtschaftlichere Alternativen sind im Bereich der landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungswerkzeuge beispielsweise chrom- oder nickelhaltige Pulverbeschichtungen, auftragsgeschweißte Hartschutzschichten oder aufgelötete Wolframcarbid-Hartmetallplatten bekannt. Solche Werkstoffe können jedoch einerseits bei der Verarbeitung karzinogene Substanzen, etwa Chrom(VI)-oxid, freisetzen, andererseits auch als Nanopartikel in das Erdreich eingetragen und so letztlich von Mensch und Tier aufgenommen werden.
  • Dementsprechend liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, Lösungen hinsichtlich der Ausgestaltung, Herstellung und Verwendung von Werkzeugen bereitzustellen, die die genannten Anforderungen wenigstens zum Teil erfüllen und/oder die genannten Nachteile wenigstens zum Teil vermeiden oder verringern.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Weiterbildungen und optionale Merkmale ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Ein anmeldungsgemäßes Werkzeug umfasst allgemein einen Grundkörper und eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgebrachte Deckschicht. Das Werkzeug kann eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgebrachte Indikatorschicht umfassen. Auf einen Grundkörper aufgebrachte Schichten werden im Folgenden auch als Beschichtungen bezeichnet. Der Begriff "auf einen Grundkörper aufgebrachte Schicht" kann sich neben einer direkt auf den Grundkörper aufgebrachten Schicht auch beispielsweise auf eine Schicht beziehen, die als weitere Schicht auf eine bereits auf den Grundkörper aufgebrachte Schicht aufgebracht ist.
  • Die Indikatorschicht und/oder die Deckschicht ist durch thermisches Spritzen, insbesondere durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens, aufgebracht.
  • Die Verwendung thermisch gespritzter Schichten auf einem Grundkörper ermöglicht die Bereitstellung eines Werkzeugs, das verschiedene Anforderungen erfüllt. Etwa können verschiedene Materialien und Materialkombinationen verwendet werden, da die Schichtanhaftung beim thermischen Spritzen im Wesentlichen auf der mechanischen Verklammerung schmelzflüssiger Partikel an der Oberfläche des Grundkörpers beruht. Anders als beispielsweise beim Schweißen muss keine stoffschlüssige Verbindung erzeugt werden. Das Aufbringen thermisch gespritzter Schichten kann als einstufiges Verfahren, d. h. insbesondere ohne anschließendes Aufschmelzen, erfolgen.
  • Der Grundkörper kann aufgrund der Eigenschaften des thermischen Spritzens neben metallischen Werkstoffen beispielsweise auch aus Holz und/oder Kunststoff und/oder Faserverbundwerkstoffen bestehen oder diese umfassen. Die aufgebrachten Beschichtungen können alternativ oder zusätzlich zu metallischen Werkstoffen etwa keramische Werkstoffe umfassen oder aus diesen bestehen. Die Verarbeitung von Drähten, Pulvern und/oder Suspensionen ist möglich.
  • Weiterhin können Grundkörper verschiedenster Form und Größe mittels thermischen Spritzens beschichtet werden. Die thermische Beeinflussung des Grundkörpers ist vergleichsweise gering. Schichten können flächendeckend, homogen und auch an komplexen Geometrien aufgebracht werden, ohne beispielsweise Nachbearbeitung (wie Fräsen oder Drehen) zu erfordern.
  • Die Lebensdauer von thermisch beschichteten Werkzeugen kann durch die Möglichkeit des Neubeschichtens besonders hoch sein, was Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit erhöht. Zur Umweltverträglichkeit trägt wiederum auch die Möglichkeit der Verwendung von einer Vielzahl von vergleichsweise umweltfreundlichen Werkstoffen bei. Auch in Hinsicht auf die Kosten kann das thermische Spritzen sowohl bezüglich der Werkstoffauswahl als auch bezüglich des Verfahrens selbst besonders wirtschaftlich sein.
  • Als Prozesse für das thermische Spritzen eignen sich insbesondere Lichtbogenspritzen und/oder Plasmaspritzen, d. h. Prozesse mit Lichtbogen (Gasentladung) bzw. Plasmastrahl als Energieträger. Insbesondere für das Aufbringen einer verschleißhemmenden Deckschicht (s. u.) sind diese Prozesse vorteilhaft, sie können aber auch für die Indikatorschicht eingesetzt werden. Prinzipiell eignen sich je nach Anforderungsprofil auch andere Prozesse des thermischen Spritzens, etwa Flammspritzen.
  • Die Deckschicht kann als verschleißhemmende Deckschicht ausgelegt sein. So kann eine erhöhte Standzeit und damit einhergehende Kosteneffizienz, Umweltverträglichkeit und länger gleichbleibende Bodenbearbeitungsqualität ermöglicht werden.
  • Die Deckschicht und/oder die Indikatorschicht kann eine Eisenbasislegierung mit Bor-Hartphasen und/oder ein Hüllpulver auf Eisen- oder Nickelbasis und/oder ein nanodotiertes Spritzpulver umfassen oder daraus gebildet sein. Insbesondere für die verschleißhemmende Deckschicht eignen sich solche Materialien, die gute mechanische Eigenschaften zum Verringern von Abnutzung aufweisen.
  • Ist eine Indikatorschicht vorgesehen, überdeckt vorzugsweise die Deckschicht die Indikatorschicht zumindest teilweise, so dass bei einer Abnutzung der Deckschicht ein Indikatorbereich der Indikatorschicht visuell erfassbar freigelegt wird.
  • So wird es möglich, einen Zeitpunkt für einen notwendigen Austausch oder ggf. eine Aufarbeitung (etwa durch Neubeschichten) des Werkzeugs zuverlässig zu bestimmen. Das Werkzeug wird also weder zu spät noch zu früh ausgetauscht oder aufgearbeitet, was sich wiederum vorteilhaft auf die oben genannten Faktoren wie Kosteneffizienz, Umweltverträglichkeit und hinreichend konstante Bodenbearbeitungsqualität auswirkt.
  • Die Indikatorschicht und/oder die Deckschicht kann ein metallisches Material, beispielsweise Kupfer, und/oder ein keramisches Material umfassen. Besonders für die unter der Deckschicht liegende Indikatorschicht können solche Materialien, da sie etwa leicht visuell erfassbar und/oder als Grundschicht unter einer verschleißhemmenden Deckschicht vorteilhaft sein können, besonders geeignet sein.
  • Das Werkzeug kann ein landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug sein. Beispielsweise kann das Werkzeug ein landwirtschaftliches Bodenbearbeitungswerkzeug, etwa aus der Gruppe der Pflüge, Scharren, Grubber, Eggen, Fräsen etc., oder ein Teil eines solchen Werkzeugs sein. Das Werkzeug kann jedoch auch ein Werkzeug für den Hoch- oder Tiefbau, das herstellende oder verarbeitende Gewerbe, einschließlich des Handwerks und industrieller Maschinen, sein.
  • Ein bevorzugtes Beispiel betrifft ein Werkzeug, insbesondere ein landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug, umfassend
    • einen Grundkörper,
    • eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgebrachte Indikatorschicht und
    • eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgebrachte Deckschicht, die die Indikatorschicht zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung der Deckschicht ein Indikatorbereich der Indikatorschicht visuell erfassbar freigelegt wird,
    • wobei die Indikatorschicht und/oder die Deckschicht durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Beispiel betrifft ein Werkzeug, insbesondere ein landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug, umfassend
    • einen Grundkörper,
    • eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgebrachte verschleißhemmende Deckschicht,
    • wobei die Deckschicht durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens aufgebracht ist.
  • Vorgeschlagen wird auch eine Verwendung eines Werkzeugs der vorgeschlagenen Art, soweit es die Indikatorschicht umfasst, in einem bearbeitenden, insbesondere landwirtschaftlichen oder bergbaulichen, Prozess, wobei die Verwendung umfasst:
    • visuelles Erfassen, ob der Indikatorbereich freiliegt, und
    • wenn erfasst wird, dass der Indikatorbereich freiliegt:
      • Unterbrechen des Prozesses sowie
      • Ausmustern und/oder Ersetzen und/oder Neubeschichten des Werkzeugs.
  • In der vorgeschlagenen Verwendung entfaltet das Werkzeug in leicht erkennbarer Weise seine oben genannten Wirkungen und Vorteile.
  • Das visuelle Erfassen kann durch einen Benutzer selbst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Sensor zum visuellen Erfassen vorgesehen sein. Der mindestens eine Sensor kann mit einer Auswerteeinheit gekoppelt sein, die dazu eingerichtet ist, ein von dem Sensor bereitgestelltes Signal auszuwerten und bei einem Erfassen, dass der Indikatorbereich freiliegt, beispielweise ein Hinweissignal auszugeben und/oder den Betrieb einer Anlage, die das Werkzeug umfasst, zu unterbrechen.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst allgemein:
    • Bereitstellen eines Grundkörpers des Werkzeugs,
    • zumindest bereichsweises Aufbringen einer Deckschicht auf den Grundkörper. Das Verfahren kann ein zumindest bereichsweises Aufbringen einer Indikatorschicht auf den Grundkörper umfassen.
  • Das Aufbringen der Indikatorschicht und/oder der Deckschicht erfolgt durch thermisches Spritzen, beispielsweise durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens. Auf mikroskopischer Ebene zeichnen sich thermisch gespritzte Schichten durch einen charakteristischen lamellaren Aufbau der Schichtlage aus, der beispielsweise durch Erstellung und Analyse eines Mikroschliffs erkennbar ist.
  • Durch das vorgeschlagene Verfahren kann ein Werkzeug mit den oben genannten Wirkungen und Vorteilen auf einfache und wirtschaftliche Weise bereitgestellt werden.
  • Das Verfahren kann entsprechend den genannten optionalen Merkmalen des Werkzeugs weitergebildet werden; umgekehrt kann das Werkzeug mit Merkmalen versehen sein, die optionalen Verfahrensschritten entsprechen.
  • So kann die Deckschicht als verschleißhemmende Schicht ausgelegt sein. Das Verfahren kann ein zumindest bereichsweises Aufbringen einer Indikatorschicht auf den Grundkörper umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht die Indikatorschicht zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung der Deckschicht ein Indikatorbereich der Indikatorschicht visuell erfassbar freigelegt wird.
  • Wie bereits erwähnt, sind insbesondere Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen geeignete Prozesse. Als besonders geeignet werden beispielsweise ein Zweidraht-Lichtbogendrahtspritzen und/oder ein atmosphärisches Plasmaspritzen angesehen.
  • Das Verfahren kann eine Vorbehandlung durch Aufrauen einer Oberfläche des Grundkörpers umfassen. Die Anhaftung der durch thermisches Spritzen aufgebrachten Schicht oder Schichten kann so verbessert werden.
  • Das Verfahren kann eine härtende Nachbehandlung einer Oberfläche des beschichteten Werkzeugs, insbesondere mittels Kugeldruckstrahlens (engl. shot peening), umfassen, wodurch eine besonders gute Oberflächenqualität und Verschleißfestigkeit des Werkzeugs ermöglicht werden kann.
  • Das Verfahren kann eine Nachbehandlung einer Oberfläche des beschichteten Werkzeugs, insbesondere durch Schleifen und/oder Polieren, umfassen, was ebenfalls eine hohe Oberflächenqualität ermöglicht.
  • Ein bevorzugtes Beispiel betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs, umfassend:
    • Bereitstellen eines Grundkörpers des Werkzeugs,
    • zumindest bereichsweises Aufbringen einer Indikatorschicht auf den Grundkörper,
    • zumindest bereichsweises Aufbringen einer Deckschicht auf den Grundkörper, wobei die Deckschicht die Indikatorschicht zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung der Deckschicht ein Indikatorbereich der Indikatorschicht visuell erfassbar freigelegt wird,
    • wobei das Aufbringen der Indikatorschicht und/oder der Deckschicht durch thermisches Spritzen erfolgt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Beispiel betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs, umfassend:
    • Bereitstellen eines Grundkörpers des Werkzeugs,
    • zumindest bereichsweises Aufbringen einer verschleißhemmenden Deckschicht auf den Grundkörper durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens
  • Deckschichten und Indikatorschichten, wie sie vorstehend erörtert wurden, sind gerade in ihrer Kombination vorteilhaft. Sie können jedoch auch jeweils einzeln mit anderen Ansätzen kombiniert werden. Etwa kann eine Indikatorschicht, insbesondere eine durch thermisches Spritzen aufgebrachte Indikatorschicht, auch in Verbindung mit aufgelöteten Hartmetallplatten, die dann als Deckschicht wirken, vorgesehen sein. Eine verschleißhemmende Deckschicht kann mittels thermischen Spritzens auch beispielsweise auf ein Hartmetallwerkzeug aufgebracht werden, um die Standzeit weiter zu verbessern. Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich.
  • Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen illustrieren Prinzipien und beispielhafte Ausführungsformen des Gegenstands der Anmeldung. Dabei zeigen, jeweils schematisch,
    • FIG. 1a eine Draufsicht eines Werkzeugs,
    • FIG. 1b einen Querschnitt durch das Werkzeug nach FIG. 1a gemäß der Schnittlinie A-A in FIG. 1a,
    • FIG. 2a einen Querschnitt durch ein Werkzeug nach einem weiteren Beispiel,
    • FIG. 2b einen Querschnitt durch das Werkzeug nach FIG. 2a, wobei das Werkzeug eine Abnutzung aufweist,
    • FIG. 2c eine Draufsicht des Werkzeugs nach FIG. 2b, wobei der Querschnitt in FIG. 2b der Schnittlinie B-B in FIG. 2c entspricht.
  • Wiederkehrende und ähnliche Merkmale in den Zeichnungen sind mit identischen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Diese können teilweise ausgelassen werden, wenn die entsprechenden Merkmale bereits in einer anderen Zeichnung gezeigt und im Zusammenhang mit dieser beschrieben werden oder wenn sie mit Bezug auf eine Zeichnung nicht erwähnt werden.
  • Das in FIG. 1a und FIG. 1b gezeigte Werkzeug 100 umfasst einen Grundkörper 110 und eine bereichsweise auf den Grundkörper 110 aufgebrachte Deckschicht 120. Die Deckschicht 120 kann auch auf den gesamten Grundkörper 110 oder auf andere als die gezeigten Bereiche des Grundkörpers aufgebracht sein.
  • Das Werkzeug 100 des gezeigten Beispiels ist eine Scharspitze für die landwirtschaftliche Bodenbearbeitung. Andere landwirtschaftliche Bodenbearbeitungswerkzeuge, die in entsprechender Weise gebildet sein können, können etwa Werkzeuge aus der Gruppe der Pflüge, Scharren, Grubber, Eggen, Fräsen etc. oder Teile solcher Werkzeuge sein. In entsprechender Weise können ferner auch andere Werkzeuge, einschließlich verschiedenster landwirtschaftlicher oder bergbauliches Werkzeuge, Werkzeuge für den Hoch- oder Tiefbau, das herstellende oder verarbeitende Gewerbe, einschließlich des Handwerks und industrieller Maschinen gebildet sein.
  • Der Grundkörper 110 besteht aus Metall, kann jedoch beispielsweise auch aus Holz und/oder Kunststoff und/oder Faserverbundwerkstoffen bestehen oder diese umfassen.
  • Die Deckschicht 120 ist als verschleißhemmende Deckschicht 120 ausgelegt, um die Standzeit des Werkzeugs 100 zu verbessern. Die Deckschicht 120 umfasst eine Eisenbasislegierung mit Bor-Hartphasen, die geeignete Eigenschaften als verschleißhemmende Deckschicht 120 aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann für die Deckschicht 120 beispielsweise ein Hüllpulver auf Eisen- oder Nickelbasis und/oder ein nanodotiertes Spritzpulver vorgesehen sein.
  • Das in FIG. 2a bis FIG. 2c gezeigte Werkzeug 200 gleicht dem vorbeschriebenen Werkzeug 100 in weiten Teilen; insbesondere umfasst es einen Grundkörper 210 und eine Deckschicht 220, die dem Grundkörper 110 bzw. der Deckschicht 120 im Wesentlichen entsprechen können.
  • Zusätzlich umfasst das Werkzeug 200 eine bereichsweise auf den Grundkörper 210 aufgebrachte Indikatorschicht 230. Die Deckschicht Indikatorschicht 230 kann auch auf den gesamten Grundkörper 210 oder auf andere als die gezeigten Bereiche des Grundkörpers aufgebracht sein.
  • Die Indikatorschicht 230 ist beispielsweise aus Kupfer gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann sie an anderes metallisches Material und/oder ein keramisches Material umfassen
  • Die Deckschicht 220 überdeckt die Indikatorschicht 230 teilweise (alternativ vollständig), so dass im Bereich einer etwaigen Abnutzung 221 der Deckschicht 220 ein Indikatorbereich 231 der Indikatorschicht 230 visuell erfassbar freigelegt wird. FIG. 2b und FIG. 2c zeigen das Werkzeug 200 mit einer solchen Abnutzung 221 der Deckschicht 220, während die Deckschicht in FIG. 2a intakt ist.
  • Anhand FIG. 2a bis FIG. 2c kann auch eine Verwendung des Werkzeugs 200 in einem bodenbearbeitenden landwirtschaftlichen Prozess verstanden werden. Werkzeuge anderer Art (wie oben erwähnt) können in entsprechender Weise in anderen Prozessen, für die diese Werkzeuge vorgesehen sind, verwendet werden.
  • Die Verwendung umfasst ein visuelles Erfassen, ob der Indikatorbereich 231 visuell erfassbar freiliegt. Falls erfasst wird, dass der Indikatorbereich231 freiliegt, ist ein Unterbrechen des Prozesses sowie ein Ausmustern und/oder Ersetzen und/oder Neubeschichten des Werkzeugs 200 vorgesehen.
  • Wie erwähnt, kann das visuelle Erfassen kann durch einen Benutzer selbst und/oder beispielsweise unter Nutzung mindestens eines Sensors erfolgen. Bei Nutzung eines Sensors kann die Verwendung beim Erfassen, dass der Indikatorbereich freiliegt, das Ausgaben eines Hinweissignals und/oder das Unterbrechen des Betriebs einer Anlage, die das Werkzeug 200 umfasst, umfassen.
  • Anhand des in FIG. 1a bis FIG. 2c erkennbaren Schichtaufbaus (mit der Schicht 120 auf dem Grundkörper 110 bzw. den Schichten 220, 230 auf dem Grundkörper 210) kann auch ein Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs 100 oder 200 verstanden werden.
  • Das Verfahren umfasst zunächst eine Vorbehandlung durch Aufrauen einer Oberfläche des Grundkörpers 110 bzw. 210. Die Anhaftung der anschließend durch thermisches Spritzen aufzubringenden Schicht oder Schichten 120, 220, 230 kann so verbessert werden. Je nach Beschaffenheit des Grundkörpers 110 bzw. 210 kann die Vorbehandlung auch ausgelassen werden.
  • Das Verfahren umfasst ferner ein Aufbringen der Deckschicht 120 bzw. 220 sowie der Indikatorschicht 230 durch thermisches Spritzen mittels Zweidraht-Lichtbogenspritzens auf den Grundkörper 110 bzw. 210. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen zwei aufeinander zulaufenden Drahtelektroden zum Erzeugen schmelzflüssiger Partikel gezündet. Durch Zuführen eines Zerstäubergasstroms werden die Partikel auf eine Oberfläche des Grundkörpers 110 bzw. 210 aufgebracht und haften dort durch mechanische Verklammerung an. Das Material des Grundkörpers 110 bzw. 210 wird dabei thermisch nur geringfügig beeinflusst. Das Zweidraht-Lichtbogenschweißen zeichnet sich durch eine besonders hohe Abschmelzleistung und eine vergleichsweise einfache Anlagentechnik aus.
  • Alternativ können andere Prozesse des thermischen Spritzens, insbesondere des Lichtbogenspritzens oder des Plasmaspritzens (beispielsweise das atmosphärische Plasmaspritzen), zum Einsatz kommen. Soweit mehrere Schichten (insbesondere die Deckschicht 220 und die Indikatorschicht 230) vorgesehen sind, können diese auch durch unterschiedliche thermische Spritzprozesse (beispielsweise nach Maßgabe der jeweils verwendeten Schichtmaterialien) aufgebracht werden.
  • Schließlich umfasst das Verfahren Nachbehandlung einer Oberfläche des zuvor beschichteten Werkzeugs 100 bzw. 200. Die Nachbehandlung umfasst ein Härten der Oberfläche mittels Kugeldruckstrahlens oder alternativ einem anderen oberflächenhärtenden Prozess. Beispielsweise kann für das Kugeldruckstrahlen Edelkorund, etwa mit Korngröße f20, verwendet werden. Beim Kugeldruckstrahlen wird die Oberfläche des Werkzeugs 100 bzw. 200 durch das Einbringen von Druckeigenspannungen zusätzlich verfestigt.
  • Die Nachbehandlung umfasst auch ein Schleifen und/oder Polieren zum Verbessern der Oberflächenqualität.
  • Die Nachbehandlung ist je nach Verwendungszweck optional, kann also auch ganz oder teilweise ausgelassen werden.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 100, 200
    Werkzeug,
    110, 210
    Grundkörper,
    120, 220
    Deckschicht,
    221
    Abnutzung,
    230
    Indikatorschicht,
    231
    Indikatorbereich.

Claims (11)

  1. Werkzeug (100, 200), insbesondere landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug (100, 200), umfassend
    einen Grundkörper (110, 210),
    eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte Indikatorschicht (230) und
    eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte Deckschicht (120, 220), die die Indikatorschicht (230) zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung (221) der Deckschicht (120, 220) ein Indikatorbereich (231) der Indikatorschicht (230) visuell erfassbar freigelegt wird,
    wobei die Indikatorschicht (230) und/oder die Deckschicht (120, 220) durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.
  2. Werkzeug (100, 200), insbesondere landwirtschaftliches oder bergbauliches Werkzeug (100, 200), umfassend
    einen Grundkörper (110, 210),
    eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte verschleißhemmende Deckschicht (120, 220),
    wobei die Deckschicht (120, 220) durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens aufgebracht ist.
  3. Werkzeug (100, 200) nach Anspruch 2, ferner umfassend eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (110, 210) aufgebrachte Indikatorschicht (230),
    wobei die Deckschicht (120, 220) die Indikatorschicht (230) zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung (221) der Deckschicht (120, 220) ein Indikatorbereich (231) der Indikatorschicht (230) visuell erfassbar freigelegt wird.
  4. Werkzeug (100, 200) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Indikatorschicht (230) ein metallisches Material, beispielsweise Kupfer, und/oder ein keramisches Material umfasst.
  5. Werkzeug (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug (100, 200) ein landwirtschaftliches Bodenbearbeitungswerkzeug ist.
  6. Werkzeug (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (120, 220) eine Eisenbasislegierung mit Bor-Hartphasen und/oder ein Hüllpulver auf Eisen- oder Nickelbasis und/oder ein nanodotiertes Spritzpulver umfasst oder daraus gebildet ist.
  7. Verwendung eines Werkzeugs (100, 200) nach Anspruch 1, 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 6, soweit auf Anspruch 1 oder 3 zurückbezogen, in einem bearbeitenden, insbesondere landwirtschaftlichen oder bergbaulichen, Prozess, wobei die Verwendung umfasst:
    visuelles Erfassen, ob der Indikatorbereich (231) freiliegt, und
    wenn erfasst wird, dass der Indikatorbereich (231) freiliegt:
    Unterbrechen des Prozesses sowie
    Ausmustern und/oder Ersetzen und/oder Neubeschichten des Werkzeugs (100, 200).
  8. Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs (100, 200), umfassend:
    Bereitstellen eines Grundkörpers (110, 210) des Werkzeugs (100, 200),
    zumindest bereichsweises Aufbringen einer Indikatorschicht (230) auf den Grundkörper (110, 210),
    zumindest bereichsweises Aufbringen einer Deckschicht (120, 220) auf den Grundkörper (110, 210), wobei die Deckschicht (120, 220) die Indikatorschicht (230) zumindest teilweise überdeckt, so dass bei einer Abnutzung (221) der Deckschicht (120, 220) ein Indikatorbereich (231) der Indikatorschicht (230) visuell erfassbar freigelegt wird,
    wobei das Aufbringen der Indikatorschicht (230) und/oder der Deckschicht (120, 220) durch thermisches Spritzen erfolgt.
  9. Verfahren zum Beschichten eines Werkzeugs (100, 200), umfassend:
    Bereitstellen eines Grundkörpers (110, 210) des Werkzeugs (100, 200),
    zumindest bereichsweises Aufbringen einer verschleißhemmenden Deckschicht (120, 220) auf den Grundkörper (110, 210) durch thermisches Spritzen mittels Lichtbogenspritzens oder Plasmaspritzens.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei das thermische Spritzen ein Zweidraht-Lichtbogendrahtspritzen und/oder ein atmosphärisches Plasmaspritzen ist oder umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend eine Vorbehandlung durch Aufrauen einer Oberfläche des Grundkörpers (110, 210) und/oder eine härtende Nachbehandlung einer Oberfläche des beschichteten Werkzeugs (100, 200), insbesondere mittels Kugeldruckstrahlens, und/oder eine Nachbehandlung einer Oberfläche des beschichteten Werkzeugs (100, 200) durch Schleifen und/oder Polieren.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4327120A (en) * 1981-01-28 1982-04-27 General Electric Company Method for coating a metal substrate
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