WO2020144040A1 - Zahn zum anbringen an eine baggerschaufel - Google Patents

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WO2020144040A1
WO2020144040A1 PCT/EP2019/086311 EP2019086311W WO2020144040A1 WO 2020144040 A1 WO2020144040 A1 WO 2020144040A1 EP 2019086311 W EP2019086311 W EP 2019086311W WO 2020144040 A1 WO2020144040 A1 WO 2020144040A1
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WO
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tooth
insert
metal matrix
excavator
bucket
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PCT/EP2019/086311
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Baris Irmak
Ingo Neitemeier
Marc TIGGES
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2883—Wear elements for buckets or implements in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2866—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits for rotating digging elements

Definitions

  • the invention relates to a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator, and a method for producing such a tooth.
  • Digging machines such as excavators, in particular bucket wheel excavators, are used to solve hard materials, such as rock in an open-cast mine.
  • Such bucket wheel excavators have teeth, in particular digging or cutting teeth, which are attached to the excavator bucket. Machining hard materials often causes significant wear to the teeth of the excavator bucket, especially the tooth tips. There is therefore a need to replace such teeth frequently, which leads to high downtimes and maintenance costs.
  • a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator is known from DE 20 2015 006 273 U1.
  • the teeth of a bucket wheel excavator are usually cast from a steel and provided with wear protection. This wear protection is often very brittle and does not withstand the high loads of an excavator process. The result is rapid wear and tear and even destruction of the excavator tooth.
  • a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator is formed from a metal matrix composite material, the metal matrix composite material having an insert made of a hard material cast into a metal matrix material.
  • the insert is a wear protection element.
  • the term “cast in” means that the Insert is at least partially enclosed with the cast material, namely the metal matrix material.
  • Hard materials include, for example, ceramics, diamonds, carbides or nitrides. Hard materials in particular have a hardness of 950HV30 to 2200 HV30, preferably 1500HV30 to 2200HV30.
  • the metal matrix composite material preferably consists exclusively of one or more inlays and a metal matrix material.
  • the entire tooth is made entirely of the metal matrix composite material.
  • the tooth preferably has a tooth head and an adjoining tooth shaft.
  • the toothed shaft is preferably designed such that it can be connected to an excavator shovel.
  • only the tooth tip is formed from the metal matrix composite material, the tooth shaft being forged, for example.
  • the tooth head is connected to the tooth shaft by means of welding.
  • a forged tooth shaft has better mechanical properties than a cast tooth shaft, which prevents breakages in the shaft area, for example.
  • the material to be mined with the bucket wheel excavator is, for example, hard rock, such as mineral material, ores, coal, oil sand, limestone, marl, clay, chalk, plaster and similar raw materials.
  • the insert comprises, for example, a hard material from the list diamond, tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide, vanadium carbide, silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, boron nitride, silicon nitride, titanium nitride, and / or ceramics, such as aluminum and / or zirconium oxide, or a mixture of these materials.
  • a hard material from the list diamond
  • tungsten carbide titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide, vanadium carbide, silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, boron nitride, silicon nitride, titanium nitride, and / or ceramics, such as aluminum and / or zirconium oxide, or a mixture of these materials.
  • the insert comprises a hard material from the list diamond, tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide, vanadium carbide, silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, boron nitride, silicon nitride, titanium nitride, or ceramic, such as aluminum and / or zirconium oxide, or a mixture of these materials.
  • the insert comprises about 20% to 80%, preferably 30% to 75%, most preferably 45% -55% tungsten carbide, the remaining component of the insert being mainly carbon with a balance.
  • the insert comprises approximately 20% to 80%, preferably 30% to 75%, most preferably 45% to 55% titanium carbide, the remaining component of the insert being mainly carbon with a remainder.
  • the preceding information is volume percent.
  • the insert has, in particular, a porous structure, the insert preferably having a plurality of pores which are, for example, evenly distributed and / or formed.
  • the pores are honeycomb-shaped.
  • the insert is preferably formed in one piece.
  • the tooth is preferably formed in one piece and produced by a casting process.
  • a metal matrix composite material is to be understood as a material made of a metal matrix material such as steel, in which the insert is cast from a hard material.
  • the metal matrix material is, for example, a steel with a hardness of approximately 200-600 HB, in particular 350-500 HB, preferably 450 HB (Brinell) and, for example, an elongation at break of greater than or equal to 1 -15%, in particular 2-8% .
  • the formation of the tooth from a metal matrix composite material offers the advantage of simple manufacture and high wear protection, which results from the insert formed from a hard material.
  • the insert is made from a powdery and / or granular mixture of, for example, a hard material or tungsten, chromium, niobium vanadium, boron, titanium, silicon tantalum or from a mixture of these elements by heating.
  • the insert is produced from a powdery mixture of tungsten, chromium, niobium vanadium, boron, titanium, silicon tantalum or from a mixture of these elements by heating. It is also conceivable to insert a granular mixture of tungsten, chromium, niobium Vanadium, boron, titanium, silicon tantalum or made from a mixture of these elements by heating.
  • the mixture of tungsten, chromium, niobium vanadium, boron, titanium, silicon or tantalum or a mixture of these elements is preferably mixed with an additive / reactant such as, for example, with carbon and / or nitrogen and to the insert, preferably a precursor of the insert pressed, glued or sintered.
  • the insert is then placed in a casting mold that corresponds to the negative shape of the tooth and poured with the hot metal matrix material, so that the insert is enclosed by the metal matrix material and the metal matrix material at least partially infiltrates into the insert, so that the metal matrix material penetrates into the pores of the porous ones Insert and fills it out.
  • the heat acting on the pressed, glued or sintered materials in the casting process ensures a reaction between the various elements and their reaction partners, so that, for example, wear-resistant carbides and nitrides, such as tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide, vanadium carbide, silicon carbide, tantalum carbide, Boron nitride, titanium nitride, silicon nitride and / or a mixture of these arise.
  • the carbides and nitrides form the insert within the metal matrix material.
  • the insert consist, for example, of a powdery and / or granular mixture of particles (grains), in particular hard materials comprising ceramic, such as aluminum and zirconium oxide or hard metal, preferably carbides and nitrides such as tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide Vanadium carbide, silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide, boron nitride, silicon nitride and / or titanium nitride, or a mixture of these compounds is produced, the mixture being mixed, for example, with a binder, heated, in particular gassed, and baked.
  • ceramic such as aluminum and zirconium oxide or hard metal
  • carbides and nitrides such as tungsten carbide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide, chromium carbide Vanadium carbide, silicon carbide, zirconium carbide, tantalum carbide,
  • the mixture is preferably heated in a flexible form, for example, which corresponds to the negative form of the insert.
  • the insert is produced by pressing, gluing or sintering the aforementioned powdery material and inserted into the casting mold, which corresponds to the negative shape of the tooth.
  • Granular tungsten carbide, titanium carbide or niobium carbide is preferably mixed with a binder, heated, especially fumigated, and baked. The insert is then enclosed in the casting mold by the metal matrix material and at least partially inflated.
  • a porous structure of the insert is not to be understood to mean that it inevitably has pores filled with air, rather the pores are ideally all, realistically for the most part, filled with the metal matrix.
  • the insert forms the surface of the tooth at least partially or completely.
  • the insert on the surface of the tooth is at least partially covered with the metal matrix material.
  • the metal matrix material is preferably a ductile, softer material than the material of the insert, which is why the metal matrix material wears out faster than the insert and is washed out, for example, from the pores arranged on the surface of the tooth.
  • the tooth is partially or completely produced by a casting process.
  • the tooth head is made by a casting process.
  • the insert is positioned in a mold that has the negative shape of the tooth.
  • the metal matrix material is then poured into the casting mold so that it infiltrates into the pores of the insert and at least partially or completely encloses the insert with the metal matrix material.
  • the casting process represents a particularly simple way of producing the tooth, the insert being able to be placed at any point within the casting mold in a simple manner, and wear protection can thus be achieved at any point on the tooth.
  • the tooth has a plurality of deposits.
  • the plurality of deposits comprises a plurality of particles, in particular hard material particles.
  • An insert formed from a particle preferably has a size of 0.2 microns to 6 microns, the Particles are produced, for example, by carburizing tungsten with carbon.
  • Each insert preferably consists of exactly one particle, the deposits being arranged in a disordered manner in the matrix material.
  • the tooth has exactly one insert.
  • three inlays are arranged within the tooth, which preferably extend along the surface of the tooth. A large number of inserts offers the possibility of arranging them where the wear is greatest.
  • the remaining areas of the tooth can be cast with the cheaper metal matrix material.
  • the insert has a thickness of approximately 5 mm to 50 mm, preferably 5 mm to 25 mm. The insert preferably extends over the entire width of the tooth head.
  • the insert extends at least partially or completely in the longitudinal direction of the tooth along the surface.
  • the insert extends completely over the entire extent of the tooth head.
  • the tooth preferably has only one insert, which is the simplest and most cost-effective embodiment of the tooth.
  • the tooth has a tooth head, the insert being arranged in the tooth head.
  • the tooth head preferably has a cutting surface which ensures improved removal of the material.
  • the tooth head preferably points in the direction of rotation of the excavator bucket of the bucket wheel excavator and comes into contact with the material during the excavation process.
  • the tooth preferably has a tooth shaft with a fastening region at one end and the tooth head at its opposite end.
  • the toothed shaft preferably has means for attaching the tooth to an excavator bucket.
  • only the tooth head has an insert, the tooth shaft being formed exclusively from the matrix material.
  • the tooth head and the tooth shaft are formed in one piece, preferably cast. A two-part training is also conceivable.
  • the insert preferably forms at least partially the surface of the tooth head and extends in particular along the entire surface of the tooth head.
  • One or more deposits are preferably arranged in the tooth head.
  • the tooth head has a cutting surface which comes into contact with the material when the material is removed and in particular cuts it.
  • the insert at least partially forms the cutting surface.
  • the tooth head preferably has a multiplicity of cutting surfaces, for example three cutting surfaces.
  • the insert preferably extends completely along the entire cutting surface of the tooth head.
  • the insert has a V-shaped cross section and is, for example, bowl-shaped.
  • all of the outer surfaces of the tooth head are cutting surface and the insert is, for example, designed in the form of a shell, so that it extends along the outer surfaces of the tooth head.
  • the insert is preferably formed in one piece and the tooth in particular has exactly one insert.
  • the core of the tooth is preferably formed exclusively from the metal matrix material, the insert being arranged only on the regions of the surface of the tooth.
  • a plurality of inlays are arranged on each cutting surface of the tooth.
  • the inserts are preferably plate-shaped and in particular are arranged next to one another.
  • the tooth head has a plurality of cutting surfaces, at least one cutting surface being largely made of the metal matrix material.
  • a large part is, for example, more than 60% to 95%, preferably 70% to 90%, in particular 80%.
  • at least one cutting surface or all other cutting surfaces are additionally provided with an insert which in particular extends completely along the cutting surfaces.
  • the invention also includes an excavator bucket for attachment to a bucket wheel of a bucket wheel excavator with a tooth as described above.
  • a plurality of teeth described above are attached to each bucket.
  • at least one tooth or each tooth of an excavator bucket has an insert embedded in matrix material.
  • the invention also includes a method for producing a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator, comprising the steps:
  • the insert is produced from a powdery and / or granular mixture of a hard material by means of gluing, pressing, sintering before positioning.
  • the tooth has a tooth head and a tooth shaft, the tooth head being produced by casting and the tooth shaft being forged, the tooth head subsequently being connected, preferably welded, to the tooth shaft.
  • the insert before the insert is positioned, the insert is pressed from a mixture of tungsten, chromium, niobium vanadium, boron, titanium silicon and / or tantalum and / or a mixture of these elements.
  • the material of the insert reacts to carbides during the casting process.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a bucket wheel of a bucket wheel excavator with a plurality of excavator buckets in a front view according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator in an isometric view according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a tooth for attachment to an excavator bucket of a bucket wheel excavator in an isometric sectional view according to the exemplary embodiment of FIG. 2.
  • the paddle wheel 10 of FIG. 1 shows a bucket wheel 10, for example a bucket wheel excavator for dismantling bulk material or a bridge bucket wheel device for reloading bulk material, in particular in an open-cast mine or a storage location.
  • Such paddle wheels are preferably used for mining or reloading minerals, ores, sand, clay, gravel, oil sand, coal or other granular materials.
  • the paddle wheel 10 of FIG. 1 has a paddle wheel frame 18 which is essentially ring-shaped and, for example, has a plurality of segments in the form of part circles.
  • a plurality of excavator blades 12 are attached to the bucket wheel frame 18.
  • the paddle wheel 10 shown in FIG. 1 has eight blades 12, which are attached to the outer circumference of the paddle wheel frame 18 at a uniform distance from one another. Each blade 12 is attached to the blade wheel frame 18 so as to be rotatable about a pivot axis.
  • the paddle wheel 10 rotates around the central axis of the paddle wheel frame during operation.
  • the direction of rotation is exemplary against the Clockwise.
  • Each excavator bucket 12 preferably has two opposite cutting edges 14, 16, so that the operation of the bucket wheel 10 is possible in both directions of rotation, so that the cutting edge 14, 16 of the bucket 12 pointing in the direction of rotation of the bucket wheel can engage in the material to be removed.
  • a plurality of teeth 20 are attached to each of the excavator buckets 12, as described with reference to FIGS. 2 to 5. The teeth are preferably attached to the respective cutting edge 12, 14 of the excavator bucket 12.
  • Fig. 2 shows a tooth 20 for attachment to an excavator bucket, not shown.
  • the tooth 20 comprises a tooth head 22 and a tooth shaft 24, the tooth head 22 being formed, for example, in one piece with the tooth shaft 24. It is also conceivable to design the tooth shaft 24 and the tooth head 22 as separate components and then to connect them to one another, for example by welding.
  • the tooth shaft 24 preferably adjoins the tooth head 22 and serves in particular to fasten the tooth 20 to an excavator bucket 12 of a bucket wheel excavator.
  • the tooth head 22 forms the front end of the tooth 20 which, in the operation of the tooth 20, points in the direction of rotation of the impeller 10.
  • the tooth head 22 is tooth-shaped and tapered in the direction of the tip of the tooth 10.
  • the tooth head 22 has, for example, a triangular or quadrangular cross-sectional area.
  • the tooth tip 22 preferably has four outer surfaces, namely two opposing, lateral cutting surfaces 26, an upper surface 28 and a lower cutting surface 30.
  • the tooth shaft 24 has two legs 30, 32, for example, which extend parallel to one another. Each of the legs 32, 34 has bores 36, 38, the respective bores 36, 38 of the other leg 32, 34 are in particular opposite one another.
  • the bores 36, 38 serve to receive fastening means (not shown) for fastening the tooth 22 to an excavator bucket 12.
  • the tooth 20 preferably has a stop 40 at the end region of the tooth shaft 24, which serves to position the tooth 20 on the excavator bucket 12 and in the case of a tooth 20 mounted on an excavator bucket 12, in particular on the latter the cutting edge 14, 16 of the excavator bucket 12 abuts.
  • the toothed shaft is preferably fastened to the cutting edge 14, 16 of the excavator bucket 12.
  • the tooth 20 is formed from a metal matrix composite material, the metal matrix composite material having an insert 44 made of a hard material and cast into a metal matrix material 42.
  • the insert is preferably made of a hard material and has a porous structure.
  • the hard material includes, for example, tungsten carbide, ceramic, such as aluminum and zirconium oxide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide or chromium carbide, or a mixture of these materials.
  • the metal matrix material 28 comprises a more ductile material than the insert 44, such as steel, and is cast into the insert 44.
  • the metal matrix material 42 is in particular infiltrated into the insert 44, a cohesive, firm connection between the inserts 44 being produced from a hard material and the metal matrix material 28.
  • the tooth 20 is preferably produced by a casting process and in particular is formed in one piece.
  • the at least one insert 44 is produced from a powdery and / or granular mixture of particles (grains) comprising tungsten carbide, ceramics, such as aluminum and zirconium oxide, titanium carbide, boron carbide, niobium carbide or chromium carbide, or from a mixture of these materials, wherein the Mixture is mixed, for example, with a binder, heated, in particular gassed, and baked. In particular, the mixture is heated in a flexible form, for example, which corresponds to the negative form of the insert 44. The mixture then cools down and hardens to a very wear-resistant body with a porous structure.
  • the insert 44 is placed in a casting mold which corresponds to the negative shape of the tooth 20.
  • the metal matrix material is then poured into the casting mold so that it is filtered into the insert 44 and at least partially or completely surrounds it.
  • the insert 44 is designed such that it extends over the entire cutting surface of the tooth 20.
  • the insert 44 preferably forms at least partially the lateral cutting surfaces 26 and the lower one Cutting surface 30 and is formed in one piece. It is also conceivable for the insert to be formed from a plurality of segments which are arranged next to one another.
  • the insert 44 is poured into the metal matrix material 28, so that it preferably infiltrates into the insert.
  • the entire tooth 20 is formed from the metal matrix composite material.
  • the upper surface 28 of the tooth head 22 has, for example, no insert 44, only the upper ends of the inserts 44 of the cutting surfaces 26 forming part of the upper surface 28 of the tooth head 22.
  • the top surface 28 is formed in large part or entirely from the metal matrix material. When the tooth 20 is in operation, it therefore wears out faster than the insert 44, so that the tooth shape of the tooth 20 is tightened.
  • FIG. 3 shows the tooth 20 according to FIG. 2 in a sectional view, the same elements being identified by the same reference numerals.
  • the insert 44 extends over the entire surface of the cutting surfaces 26 and the lower cutting surface 30 and is preferably designed in the form of a shell and in one piece.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahn (20) zum Anbringen an einer Baggerschaufel (12) eines Schaufelradbaggers, wobei der Zahn (20) aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet ist und der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial (42) eingegossene Einlage (44) aus einem Hartstoff aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns (20) zum Anbringen an eine Baggerschaufel (12) eines Schaufelradbaggers, aufweisend - Positionieren einer Einlage (44) aus einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob und/oder Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal und ihren Reaktionspartner wie beispielsweise Kohlenstoff und/oder Stickstoff in einer Gussform zum Gießen des Zahns (20) und - Gießen des Zahns (20) aus einem Metallmatrixmaterial (42), sodass die Einlage (44) zumindest teilweise von dem Metallmatrixmaterial (42) des Zahns (20) umschlossen wird.

Description

Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel
Die Erfindung betrifft einen Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zahns.
Zur Lösung von harten Materialien, wie beispielsweise Gestein in einem Tagebau, werden Grabmaschinen, wie Bagger, insbesondere Schaufelradbagger eingesetzt. Solche Schaufelradbagger weisen Zähne, insbesondere Grab- oder Schneidzähne auf, die an der Baggerschaufel angebracht sind. Das Bearbeiten harter Materialien verursacht häufig einen erheblichen Verschleiß der Zähne der Baggerschaufel, insbesondere der Zahnspitzen. Es besteht daher die Notwendigkeit, solche Zähne häufig auszutauschen, was zu hohen Ausfallzeiten und Wartungskosten führt.
Aus der DE 20 2015 006 273 U1 ist ein Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers bekannt. Üblicherweise sind die Zähne eines Schaufelradbaggers aus einem Stahl gegossen und mit einem Verschleißschutz, versehen. Dieser Verschleißschutz ist häufig sehr spröde und hält den hohen Belastungen eines Baggerprozesses nicht stand. Ein schneller Verschleiß bis hin zur Zerstörung des Baggerzahns ist die Folge.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahn für einen Schaufelradbagger bereitzustellen, der einfach herstellbar ist und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zahn mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und dem unabhängigen Verfahrensanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Zahn zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers ist nach einem ersten Aspekt aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial eingegossene Einlage aus einem Hartstoff aufweist. Bei der Einlage handelt es sich um ein Verschleißschutzelement. Unter dem Begriff „eingegossen“ ist zu verstehen, dass die Einlage zumindest teilweise mit dem Gusswerkstoff, nämlich dem Metallmatrixmaterial, umschlossen ist.
Hartstoffe umfassen beispielsweise Keramik, Diamant, Karbide oder Nitride. Hartstoffe weisen insbesondere eine Härte von 950HV30 bis 2200 HV30, vorzugsweise 1500HV30 bis 2200HV30 auf.
Vorzugsweise besteht der Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausschließlich aus einer oder mehreren Einlagen und einem Metallmatrixmaterial. Insbesondere ist der gesamte Zahn vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet. Der Zahn weist vorzugsweise einen Zahnkopf und einen sich daran anschließenden Zahnschaft auf. Der Zahnschaft ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er mit einer Baggerschaufel verbindbar ist. Insbesondere ist ausschließlich der Zahnkopf aus dem Metallmatrix- Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Zahnschaft beispielsweise geschmiedet ist. Insbesondere ist der Zahnkopf mit dem Zahnschaft mittels Schweißen verbunden. Ein geschmiedeter Zahnschaft weist bessere mechanische Eigenschaften als ein gegossener Zahnschaft auf, wodurch beispielsweise Brüche im Schaftbereich vermieden werden.
Bei dem mit dem Schaufelradbagger abzubauenden Material handelt es sich beispielweise um Hartgestein, wie mineralisches Material, Erze, Kohle, Ölsand, Kalkstein, Mergel, Ton, Kreide, Gips und ähnliche Rohstoffe.
Die Einlage umfasst beispielsweise einen Hartstoff aus der Liste Diamant, Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid, Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Titannitrid, und/oder Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und/ oder Zirconiumoxid, oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen. Beispielsweise umfasst die Einlage einen Hartstoff aus der Liste Diamant, Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Titannitrid, oder Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und/ oder Zirconiumoxid, oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen. Vorzugsweise umfasst die Einlage etwa 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 75%, höchstvorzugsweise 45% - 55% Wolframcarbid, wobei der restliche Bestandteil der Einlage hauptsächlich Kohlenstoff mit einem Rest ist.
Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage etwa 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 75%, höchstvorzugsweise 45% - 55% Titancarbid umfasst, wobei der restliche Bestandteil der Einlage hauptsächlich Kohlenstoff mit einem Rest ist. Bei den vorangehenden Angaben handelt es sich um Volumenprozent.
Die Einlage weist insbesondere eine poröse Struktur auf, wobei die Einlage vorzugweise eine Mehrzahl von Poren aufweist, die beispielsweise gleichmäßig verteilt und/oder ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Poren wabenförmig ausgebildet. Die Einlage ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Der Zahn ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und durch ein Gießverfahren hergestellt.
Unter einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff aus einem Metallmatrixmaterial wie beispielsweise Stahl zu verstehen, in den die Einlage aus einem Hartstoff eingegossen ist. Bei dem Metallmatrixmaterial handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit einer Härte von etwa 200-600 HB, insbesondere 350-500 HB, vorzugsweise 450 HB (Brinell) und beispielsweise einer Bruchdehnung von größer oder gleich 1 -15 %, insbesondere 2-8 %.
Die Ausbildung des Zahns aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff bietet den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit und einem hohen Verschleißschutz, der aus der aus einem Hartstoff ausgebildeten Einlage resultiert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Einlage aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus beispielsweise einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen mittels Erhitzen hergestellt. Beispielsweise wird die Einlage aus einem pulverförmigen Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen mittels Erhitzen hergestellt. Es ist ebenfalls denkbar die Einlage aus einem körnigen Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen mittels Erhitzen hergestellt.
Das Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan, Silizium oder Tantal oder aus einer Mischung aus diesen Elementen wird vorzugsweise mit einem Zuschlagsstoff/Reaktionspartner wie beispielsweise mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff vermischt und zu der Einlage, vorzugsweise einer Vorstufe der Einlage gepresst, geklebt oder gesintert wird. Die Einlage wird anschließend in einer Gussform, die der Negativform des Zahns entspricht, platziert und mit dem insbesondere heißen Metallmatrixmaterial übergossen, sodass die Einlage von dem Metallmatrixmaterial umschlossen wird und das Metallmatrixmaterial zumindest teilweise in die Einlage infiltriert, sodass das Metallmatrixmaterial in die Poren der porösen Einlage gelangt und diese ausfüllt. Die bei dem Gussprozess auf die gepressten, geklebten oder gesinterten Materialien wirkende Wärme sorgt für eine Reaktion zwischen den verschiedenen Elementen und ihren Reaktionspartnern, sodass beispielsweise verschleißbeständige Karbide und Nitride, wie Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid, Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Titannitrid, Siliciumnitrid und/oder eine Mischung aus diesen entstehen. Die Karbide und Nitride bilden in dieser Ausführungsform die Einlage innerhalb des Metallmatrixmaterials.
Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage beispielsweise aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus Partikeln (Körnern), insbesondere Hartstoffen umfassend Keramik, wie Aluminium- und Zirconiumoxid oder Hartmetall, vorzugsweise Karbide und Nitride wie Wolframcarbid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Chromcarbid Vanadiumcarbid, Siliziumcarbid, Zirkoniumcarbid, Tantalcarbid, Bornitrid, Siliziumnitrid und/oder Titannitrid, oder eine Mischung aus diesen Verbindungen hergestellt ist, wobei das Gemisch beispielsweise mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken, wird. Das Gemisch wird vorzugsweise in einer beispielsweise flexiblen Form erhitzt, die der Negativform der Einlage entspricht. Insbesondere wird die Einlage mittels Pressen, Kleben oder Sintern des voran genannten pulverförmigen Materials hergestellt und in die Gussform, die der Negativform des Zahns entspricht, eingelegt. Vorzugsweise wird körniges Wolframcarbid, Titancarbid oder Niobcarbid mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken. In der Gussform wird die Einlage anschließend von dem Metallmatrixmaterial umschlossen und zumindest teilweise infliltriert.
Anschließend kühlt das Gemisch ab und härtet zu einer sehr verschleißbeständigen Einlage mit einer porösen Struktur aus. Dies bietet eine Möglichkeit der einfachen Herstellung unterschiedlicher Formen der Einlage. Unter einer porösen Struktur der Einlage ist nicht zu verstehen, dass diese zwangsläufig mit Luft gefüllte Poren aufweist, vielmehr sind die Poren idealerweise alle, realistisch zum größten Teil, mit dem Metallmatrixmetrial ausgefüllt.
Die Einlage bildet gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest teilweise oder vollständig die Oberfläche des Zahns aus. Insbesondere ist die Einlage an der Oberfläche des Zahns zumindest teilweise mit dem Metallmatrixmaterial bedeckt. Das Metallmatrixmaterial ist vorzugsweise ein duktilerer, weicherer Werkstoff als der Werkstoff der Einlage, weshalb das Metallmatrixmaterial schneller verschleißt als die Einlage und beispielsweise aus den an der Oberfläche des Zahns angeordneten Poren ausgewaschen wird.
Der Zahn ist gemäß einer weiteren Ausführungsform teilweise oder vollständig durch ein Gießverfahren hergestellt. Vorzugsweise ist ausschließlich der Zahnkopf durch ein Gießverfahren hergestellt. Bei dem Gießverfahren wird die Einlage in einer Gussform positioniert, die die Negativform des Zahns aufweist. Anschließend wird das Metallmatrixmaterial in die Gussform gegossen, sodass dieses in die Poren der Einlage infiltriert und die Einlage mit dem Metallmatrixmaterial zumindest teilweise oder vollständig umschließt. Das Gießverfahren stellt eine besonders einfache Weise der Herstellung des Zahns dar, wobei die Einlage an einer beliebigen Stelle innerhalb der Gussform auf einfache Weise platziert werden kann und somit ein Verschleißschutz an beliebigen Stellen des Zahns erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Zahn eine Mehrzahl von Einlagen auf. Beispielsweise umfasst die Mehrzahl von Einlagen eine Mehrzahl von Partikeln, insbesondere Hartstoffpartikel. Eine Einlage, die aus einem Partikel ausgebildet ist, weist vorzugsweise eine Größe von 0,2 Mikrometer bis 6 Mikrometer auf, wobei die Partikel beispielsweise mittels Aufkohlung von Wolfram mit Kohlenstoff hergestellt sind. Vorzugsweise besteht jede Einlage aus genau einem Partikel, wobei die Einlagen ungeordnet in dem Matrixmaterial angeordnet sind. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Zahn genau eine Einlage aufweist. Beispielsweise sind drei Einlagen innerhalb des Zahns angeordnet, die sich vorzugsweise entlang der Oberfläche des Zahns erstrecken. Eine Mehrzahl von Einlagen bietet die Möglichkeit, diese dort anzuordnen, wo der Verschleiß am größten ist. Die übrigen Bereiche des Zahns können mit dem günstigeren Metallmatrixmaterial gegossen werden. Insbesondere weist die Einlage eine Dicke von etwa 5 mm bis 50 mm, vorzugsweise 5mm bis 25 mm auf. Vorzugsweise erstreckt sich die Einlage über die gesamte Breite des Zahnkopfs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Einlage zumindest teilweise oder vollständig in Längsrichtung des Zahns entlang der Oberfläche. Insbesondere erstreckt sich die Einlage vollständig über die gesamte Erstreckung des Zahnkopfs. Vorzugsweise weist der Zahn nur genau eine Einlage auf, was die einfachste und kostengünstigste Ausführungsform des Zahns darstellt.
Der Zahn weist gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Zahnkopf auf, wobei die Einlage in dem Zahnkopf angeordnet ist. Der Zahnkopf weist vorzugsweise eine Schneidfläche auf, die für ein verbessertes Abtragen des Materials sorgt. Der Zahnkopf weist vorzugsweise in Rotationsrichtung der Baggerschaufel des Schaufelradbaggers und kommt beim Baggerprozess mit dem Material in Berührung. Vorzugsweise weist der Zahn an seinem einen Ende einen Zahnschaft mit einem Befestigungsbereich und an seinem gegenüberliegenden Ende den Zahnkopf auf. Der Zahnschaft weist vorzugsweise Mittel zum Befestigen des Zahns an einer Baggerschaufel auf. Insbesondere weist ausschließlich der Zahnkopf eine Einlage auf, wobei der Zahnschaft ausschließlich aus dem Matrixmaterial ausgebildet ist. Insbesondere sind der Zahnkopf und der Zahnschaft einteilig ausgebildet, vorzugsweise gegossen. Auch eine zweiteilige Ausbildung ist denkbar. Vorzugsweise bildet die Einlage zumindest teilweise die Oberfläche des Zahnkopfes aus und erstreckt sich insbesondere entlang der gesamten Oberfläche des Zahnkopfes. In dem Zahnkopf sind vorzugsweise eine oder mehrere Einlagen angeordnet. Der Zahnkopf weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Schneidfläche auf, die beim Abtragen des Materials mit dem Material in Berührung kommt und dieses insbesondere schneidet. Die Einlage bildet zumindest teilweise die Schneidfläche aus. Vorzugsweise weist der Zahnkopf eine Vielzahl von Schneidflächen, beispielsweise drei Schneidflächen, auf. Die Einlage erstreckt sich vorzugsweise vollständig entlang der gesamten Schneidfläche des Zahnkopfes. Insbesondere weist die Einlage einen v- förmigen Querschnitt auf und ist beispielsweise schalenförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind alle äußeren Flächen des Zahnkopfes Schneidfläche und die Einlage ist beispielsweise hüllenförmig ausgebildet, sodass sie sich entlang der äußeren Flächen des Zahnkopfes erstreckt. Vorzugsweise ist die Einlage einstückig ausgebildet und der Zahn weist insbesondere genau eine Einlage auf. Vorzugsweise ist der Kern des Zahns ausschließlich aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet, wobei die Einlage lediglich an den Bereichen der Oberfläche des Zahns angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Einlagen an jeder Schneidfläche des Zahns angeordnet. Vorzugsweise sind die Einlagen plattenförmig ausgebildet und insbesondere nebeneinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Zahnkopf eine Mehrzahl von Schneidflächen auf, wobei zumindest eine Schneidfläche zu einem Großteil aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet ist. Unter einem Großteil ist beispielsweise mehr als 60% bis 95%, vorzugsweise 70% bis 90%, insbesondere 80%. Insbesondere ist zusätzlich zumindest eine Schneidfläche oder aller übrigen Schneidflächen mit einer Einlage versehen, die sich insbesondere vollständig entlang der Schneidflächen erstreckt. Dadurch wird eine Schneidfläche des Zahnkopfes im Betrieb des Zahns stärker verschleißen als die übrigen mit der Einlage ausgestatteten Schneidflächen, wodurch eine Schärfung des Zahns, vorzugsweise der Schneidform des Zahns erfolgt.
Die Erfindung umfasst auch eine Baggerschaufel zum Anbringen an ein Schaufelrad eines Schaufelradbaggers mit einem Zahn wie vorangehend beschrieben. Vorzugsweise sind an jeder Baggerschaufel eine Mehrzahl von vorangehend beschriebenen Zähnen angebracht. Insbesondere weist zumindest ein Zahn oder jeder Zahn einer Baggerschaufel eine in Matrixmaterial eingebettete Einlage auf. Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers, aufweisend die Schritte:
Positionieren einer Einlage aus einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob und/oder Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal und vorzugsweise einem Reaktionspartner wie beispielsweise Kohlenstoff und/oder Stickstoff in einer Gussform zum Gießen des Zahns und
Gießen des Zahns aus einem Metallmatrixmaterial, sodass die Einlage zumindest teilweise von dem Metallmatrixmaterial des Zahns umschlossen wird.
Die mit Bezug auf den Zahn beschriebenen Vorteile und Erläuterungen, treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung auch auf das Verfahren zur Herstellung des Zahns zu.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Einlage vor dem Positionieren aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus einem Hartstoff mittels kleben, pressen, sintern hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Zahn einen Zahnkopf und einen Zahnschaft auf, wobei der Zahnkopf durch Gießen hergestellt wird und der Zahnschaft geschmiedet wird, wobei der Zahnkopf anschließend mit dem Zahnschaft verbunden, vorzugsweise verschweißt, wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Positionieren der Einlage, die Einlage aus einem Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal und/ oder einer Mischung aus diesen Elementen gepresst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform reagiert während des Gussprozesses das Material der Einlage zu Karbiden. Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaufelrades eines Schaufelradbaggers mit einer Mehrzahl von Baggerschaufeln in einer Frontansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers in einer isometrischen Ansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahns zum Anbringen an eine Baggerschaufel eines Schaufelradbaggers in einer isometrischen Schnittansicht gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2.
Fig. 1 zeigt ein Schaufelrad 10 beispielsweise eines Schaufelradbaggers zum Abbau von Schüttgut oder eines Brückenschaufelradgerätes zum Rückladen von Schüttgut, insbesondere in einem Tagebau oder einem Lagerplatz. Vorzugsweise werden solche Schaufelräder zum Abbau oder Rückladen von Mineralen, Erzen, Sand, Ton, Kies, Ölsand, Kohle oder weiteren körnigen Materialien eingesetzt. Das Schaufelrad 10 der Fig. 1 weist einen Schaufelradrahmen 18 auf, der im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und beispielhaft mehrere teilkreisringförmige Segmente aufweist. An dem Schaufelradrahmen 18 sind eine Mehrzahl von Baggerschaufeln 12 angebracht. Beispielhaft weist das in Fig. 1 dargestellte Schaufelrad 10 acht Schaufeln 12 auf, die gleichmäßig zueinander beabstandet an dem äußeren Umfang des Schaufelradrahmens 18 angebracht sind. Jede Schaufel 12 ist um eine Schwenkachse rotierbar an dem Schaufelradrahmen 18 angebracht.
Das Schaufelrad 10 rotiert im Betrieb um die Mittelachse des Schaufelradrahmens. In dem Beispiel der Fig. 1 ist die Rotationsrichtung beispielhaft entgegen des Uhrzeigersinns angegeben. Vorzugsweise weist jede Baggerschaufel 12 zwei gegenüberliegende Schnittkanten 14, 16 auf, sodass der Betrieb des Schaufelrades 10 in beiden Rotationsrichtungen möglich ist, sodass die in Rotationsrichtung des Schaufelrades weisende Schnittkante 14, 16 der Schaufel 12 in das abzutragende Material eingreifen kann. An jeder der Baggerschaufeln 12 sind jeweils eine Mehrzahl von Zähnen 20 angebracht, wie mit Bezug auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben. Die Zähne sind vorzugsweise an der jeweiligen Schnittkante 12, 14 der Baggerschaufel 12 angebracht.
Fig. 2 zeigt einen Zahn 20 zum Anbringen an eine nicht dargestellte Baggerschaufel. Der Zahn 20 umfasst einen Zahnkopf 22 und einen Zahnschaft 24, wobei der Zahnkopf 22 mit dem Zahnschaft 24 beispielhaft einstückig ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, den Zahnschaft 24 und den Zahnkopf 22 als separate Bauteile auszubilden und anschließend miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschweißen. Vorzugsweise schließt sich der Zahnschaft 24 direkt an den Zahnkopf 22 an und dient insbesondere der Befestigung des Zahns 20 an einer Baggerschaufel 12 eines Schaufelradbaggers. Der Zahnkopf 22 bildet das vordere Ende des Zahns 20 aus, das im Betrieb des Zahns 20 in Rotationsrichtung des Schaufelrades 10 weist. Der Zahnkopf 22 ist zahnförmig und in Richtung der Spitze des Zahns 10 zulaufend ausgebildet. Der Zahnkopf 22 weist beispielhaft eine dreieckige oder viereckige Querschnittsfläche auf. Vorzugsweise weist der Zahnkopf 22 vier Außenflächen auf, nämlich zwei jeweils gegenüberliegende, seitliche Schneidflächen 26, eine obere Fläche 28 und eine untere Schneidfläche 30.
Der Zahnschaft 24 weist beispielhaft zwei Schenkel 30, 32 auf, die sich parallel zueinander erstrecken. Jeder der Schenkel 32, 34 weist Bohrungen 36, 38, die jeweiligen Bohrungen 36, 38 des anderen Schenkels 32, 34 insbesondere fluchtend gegenüberliegen. Die Bohrungen 36, 38 dienen der Aufnahme von nicht dargestellten Befestigungsmitteln zur Befestigung des Zahns 22 an einer Baggerschaufel 12. Vorzugsweise weist der Zahn 20 an dem Endbereich des Zahnschafts 24 einen Anschlag 40 auf, der zur Positionierung des Zahns 20 an der Baggerschaufel 12 dient und bei einem an einer Baggerschaufel 12 montierten Zahn 20 an dieser, insbesondere der Schnittkante 14, 16 der Baggerschaufel 12 anliegt. Vorzugsweise wird der Zahnschaft an der Schnittkante 14, 16 der Baggerschaufel 12 befestigt.
Der Zahn 20 ist aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet, wobei der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial 42 eingegossene Einlage 44 aus einem Hartstoff aufweist. Die Einlage ist vorzugsweise aus einem Hartstoff ausgebildet und weist eine poröse Struktur auf. Der Hartstoff umfasst beispielsweise Wolframcarbid, Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und Zirconiumoxid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid oder Chromcarbid oder eine Mischung aus diesen Werkstoffen. Das Metallmatrixmaterial 28 umfasst einen duktileren Werkstoff als die Einlage 44, wie beispielsweise Stahl und ist in die Einlage 44 eingegossen. Das Metallmatrixmaterial 42 ist insbesondere in die Einlage 44 infiltriert, wobei eine stoffschlüssige, feste Verbindung zwischen den Einlagen 44 aus einem Hartstoff und dem Metallmatrixmaterial 28 hergestellt wird.
Der Zahn 20 ist vorzugsweise durch ein Gießverfahren hergestellt und insbesondere einstückig ausgebildet. Beispielsweise wird die zumindest eine Einlage 44 aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus Partikel (Körnern) umfassend Wolframcarbid, Keramik, wie beispielsweise Aluminium- und Zirkonoxid, Titancarbid, Borcarbid, Niobcarbid oder Chromcarbid oder aus einer Mischung aus diesen Werkstoffen hergestellt, wobei das Gemisch beispielsweise mit einem Bindemittel gemischt, erhitzt, insbesondere begast, und gebacken, wird. Insbesondere wird das Gemisch in einer beispielsweise flexiblen Form erhitzt, die der Negativform der Einlage 44 entspricht. Anschließend kühlt das Gemisch ab und härtet zu einem sehr verschleißbeständigen Körper mit einer porösen Struktur aus. Die Einlage 44 wird zur Herstellung des Zahns 20 in einer Gussform platziert, die der Negativform des Zahns 20 entspricht. Anschließend wird das Metallmatrixmaterial in die Gussform gegossen, sodass dieses in die Einlage 44 filtriert und diese zumindest teilweise oder vollständig umschließt.
Die Einlage 44 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 derart ausgebildet, dass sie sich über die gesamte Schneidfläche des Zahn 20 erstreckt. Vorzugsweise bildet die Einlage 44 zumindest teilweise die seitlichen Schneidflächen 26 und die untere Schneidfläche 30 aus und ist einstückig ausgebildet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Einlage aus mehreren Segmenten ausgebildet ist, die nebeneinander angeordnet sind. Die Einlage 44 ist in das Metallmatrixmaterial 28 eingegossen, sodass dieses in die Einlage vorzugsweise infiltriert. Beispielhaft ist der gesamte Zahn 20 aus dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet. Die obere Fläche 28 des Zahnkopfes 22 weist beispielhaft keine Einlage 44 auf, wobei lediglich die oberen Enden der Einlagen 44 der Schneidflächen 26 einen Teil der oberen Fläche 28 des Zahnkopfes 22 ausbilden. Die obere Fläche 28 ist zu einem Großteil oder vollständig aus dem Metallmatrixmaterial ausgebildet. Im Betrieb des Zahns 20 verschleißt diese daher schneller als die Einlage 44, sodass sich die Zahnform des Zahns 20 verschärft.
Fig. 3 zeigt den Zahn 20 gemäß Fig. 2 in einer Schnittansicht, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Einlage 44 erstreckt sich über die gesamte Fläche der Schneidflächen 26 und der unteren Schneidfläche 30 und ist vorzugsweise schalenförmig und einstückig ausgebildet.
Bezugszeichenliste
10 Schaufelrad
12 Baggerschaufel 14 Schnittkante
16 Schnittkante
18 Schaufelradrahmen 20 Zahn
22 Zahnkopf
24 Zahnschaft
26 Schneidfläche
28 obere Fläche 30 untere Schneidfläche 32 Schenkel
34 Schenkel
36 Bohrung
38 Bohrung
40 Anschlag
42 Metallmatrixmaterial 44 Einlage

Claims

Patentansprüche
1. Zahn (20) zum Anbringen an eine Baggerschaufel (12) eines Schaufelradbaggers
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zahn (20) aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgebildet ist und der Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine in ein Metallmatrixmaterial (42) eingegossene Einlage (44) aus einem Hartstoff aufweist.
2. Zahn (20) nach Anspruch 1 , wobei die Einlage (44) aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob, Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal mittels Erhitzen hergestellt ist.
3. Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einlage (44) zumindest teilweise die Oberfläche des Zahns (20) ausbildet.
4. Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zahn (20)
durch ein Gießverfahren hergestellt ist.
5. Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zahn (20) eine Mehrzahl von Einlagen (44) aufweist.
6. Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Einlage (44) zumindest teilweise in Längsrichtung entlang der Oberfläche des Zahns (20) erstreckt.
7. Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zahn (20)
einen Zahnkopf (22) umfasst und die Einlage (44) in dem Zahnkopf (22) angeordnet ist.
8. Zahn (20) nach Anspruch 7, wobei der Zahnkopf (22) zumindest eine
Schneidfläche (26, 28, 30) aufweist und sich die Einlage zumindest teilweise die Schneidfläche (26, 28, 30) ausbildet.
9. Zahn (20) nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Mehrzahl von Einlagen (44) an jeder Schneidfläche (26, 28, 30) des Zahns (20) angeordnet ist.
10. Zahn (20) nach Anspruch 7, wobei der Zahnkopf (22) eine Mehrzahl von
Schneidflächen (26, 28, 30) aufweist und zumindest eine Schneidfläche (26, 28, 30) zu einem Großteil aus dem Metallmatrixmaterial (42) ausgebildet ist.
1 1 . Baggerschaufel (12) zum Anbringen an einen Schaufelradrahmen (18) eines Schaufelradbaggers aufweisend einen Zahn (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
12. Verfahren zum Herstellen eines Zahns (20) zum Anbringen an eine Baggerschaufel (12) eines Schaufelradbaggers, aufweisend
Positionieren einer Einlage (44) aus einem Hartstoff oder Wolfram, Chrom, Niob und/oder Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal in einer Gussform zum Gießen des Zahns (20) und
Gießen des Zahns (20) aus einem Metallmatrixmaterial (42), sodass die Einlage (44) zumindest teilweise von dem Metallmatrixmaterial (42) des Zahns (20) umschlossen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Einlage (44) vor dem Positionieren aus einem pulverförmigen und/ oder körnigem Gemisch aus einem Hartstoff mittels Erhitzen hergestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Zahn (20) einen Zahnkopf (22) und einen Zahnschaft (24) aufweist und wobei der Zahnkopf (22) durch Gießen hergestellt wird und der Zahnschaft (24) geschmiedet wird, wobei der Zahnkopf anschließend mit dem Zahnschaft (24) verbunden wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei vor dem Positionieren der Einlage, die Einlage aus einem Gemisch aus Wolfram, Chrom, Niob Vanadium, Bor, Titan Silizium und/oder Tantal und/ oder einer Mischung aus diesen Elementen gepresst wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei während des Gussprozesses das Material der Einlage zu Karbiden reagiert.
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