Landtechnik

Abgehärtet gegen Abrieb

Schweißen
Helmut Süß
Helmut Süß
am Donnerstag, 18.02.2021 - 06:11

Wenn der Grubber durch den Boden zieht, steht der Stahl unter Stress. Doch es ist möglich, die Zinken zu verpanzern. Lohnt sich das und was machen die Hersteller? Ein Onlineseminar in Österreich lieferte jüngst die Antworten.

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Auf einen Blick

  • Das ÖKL-Seminar berichtete über Fakten und Grundlagen zu Geräten der Bodenbearbeitung.
  • Zudem gab Tipps und Tricks rund um den Verschleiß von bodenbearbeitenden Werkzeugen sowie
  • Überlegungen von bekannten Landmaschinenherstellern zu Verschleißteilen,
  • Grundlagen und Ergebnisse aus der Forschung und
  • praktische Tipps für die „Do it yourself- Methode“ in der Hofwerkstatt.

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on_A-Verschleiß-1

Manchmal ist der Stahl nicht hart genug. Das gilt immer dann, wenn er durch Boden ziehen muss, wenn – egal was – an ihm reibt. Was gibt es Neues aus der Forschung zum Thema Verschleiß bei bodenbearbeitenden Maschinen?

Christian Rechberger von der Forschungsanstalt im österreichischen Wieselburg gab den nötigen Einblick zum Thema Verschleiß und Verschleißschutz. Den Anlass bot das Praxisseminar des Österreichischen Kuratoriums für Landtechnik und Landentwicklung an der Landwirtschaftskammer Niederösterreich in Mold.

Das Thema hat auch unabhängig von den direkten Verschleißkosten Relevanz. Verschlissene Bauteile bei der Bodenbearbeitung erhöhen den Zugkraftbedarf und den Treibstoffverbrauch und die Kosten. Die Arbeitsqualität leidet bei einem ungleichmäßigen Arbeitshorizont bzw. bei nicht ganzflächiger Bodenbearbeitung und schlechtem Einzugsverhalten bei Pflug, Grubber, etc.

Welche Faktoren beeinflussen den Verschleiß?

Doch welche Faktoren beeinflussen den Verschleiß in der Bodenbearbeitung? Grob unterscheiden kann man diese in bodenbedingte- und maschinenabhängige Faktoren. Der Boden nimmt einen hohen Einfluss auf den Abrieb der Bodenbearbeitungsgeräte.

Diese sind laut Rechberger:

  • Ausgangsmaterial (mineralische Zusammensetzung)
  • Kornform (kantig oder rund)
  • Bodentextur (Korngrößenzusammensetzung: Sand/Schluff/Ton)
  • Grobanteil (Körner/Steine)
  • Wassergehalt (momentane Feuchte)
  • Lagerungsdichte (Bodenverdichtungsgrad)
  • Humus (Anteil an organischem Material im Boden).

Die Kunst des Mittelwegs

Folgende Einflussfaktoren auf den Verschleiß sind maschinen- bzw. bedienerabhängig:

  • Arbeitsgeschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit bzw. Rotationsdrehzahl),
  • Werkzeuggeometrie (Bauform, Schärfegrad…) und
  • Werkzeugmaterial (Härtegrad und Zähigkeit)

Vom Praktiker zu beeinflussen sind tatsächlich nur die drei letztgenannten Punkte. Mit der Optimierung und Anpassung von Arbeitsgeschwindigkeit, Werkzeuggeometrie und/oder Werkzeugmaterial lässt sich auch der Grad des Verschleißes und somit die Arbeitseffektivität herabsetzen.

Was hilft dagegen? Christian Rechberger sagte zunächst einmal, warum die vermeintlich einfachste Lösung nicht hilft. „Allein den Stahl zu härten bis an die Machbarkeitsgrenzen ist nicht Lösung des gesamten Problems“, sagte er. Denn je härter man den Stahl mache, desto spröder werde er auch.

Die Kunst sei, ein optimales Mittel zwischen Härte und Zähigkeit bei gleichzeitiger Optimierung beider Parameter zu finden.

Original- oder Nachbauteile?

In Wieselburg wurden im Zuge eines ‚Verschleiß-Versuches‘ Zinken einer Kreiselegge auf ihren Masseverlust im Einsatz untersucht. Dabei wurden originale Zinken des Maschinenherstellers mit Nachbauzinken im direkten Vergleich auf die Verschleißfestigkeit beprobt.

Das Ergebnis: Die originalen Kreiseleggenzinken haben bei verschiedenen Untersuchungsdauern immer die höchste Standfestigkeit. Rechberger mutmaßte, dass sich „dies wahrscheinlich auf die sorgfältigere Herstellung zurückführen“ lässt. Jedoch seien die Nachbauteile meist etwas preisgünstiger, weshalb sich die Frage, welches Bauteil gekauft werden sollte, nicht allgemein beantworten lässt.

Pflug- und Grubberschare selbst aufschweißen

on_Aufpanzern-Pflug

Es gibt aber auch die Möglichkeit einer händischen Härtebeschichtung. Mit folgenden Methoden kann der Praktiker selber eine harte Oberfläche an verschleißgefährdenden Bauteilen herstellen oder wiederaufbauen:

  • Autogenschweißen
  • WIG, MIG/MAG
  • Fülldrahtschweißen
  • Elektrodenschweißen.

Was braucht man, um selbst Verschleißteile in der Bodenbearbeitung aufzuschweißen? Das hängt von den hofeigenen Gegebenheiten der Hofwerkstatt der Landwirte und neben dem handwerklichen Geschick in erster Linie von den vorhandenen Werkzeugen und Geräten ab.

Manche Faktoren zum perfekten Auftragschweißen können aber auch in einer sehr gut ausgestatteten Hofwerkstätte nicht beeinflusst werden. So kann die optimale Temperatur des Trägerteiles oder der Schweißnahten nur geschätzt werden oder es zahlt sich einfach nicht aus, weil sich der Aufwand nicht rechnet.

Nichtsdestotrotz macht es bei manchen Verschleißteilen dennoch Sinn das Material durch Auftragschweißen zu sichern.

Überblick zur Sinnhaftigkeit

Hier ein kleiner Überblick zur Sinnhaftigkeit für das Aufschweißen von Verschleißteilen bei Bodenbearbeitungswerkzeugen:

  • Sinnvoll Ja: Pflug- Scharblatt, Pflug- Streichblech etc.
  • Sinnvoll Vielleicht: Flügelscharspitze, …
  • Sinnvoll Nein: Flachhackschar, Pflugschar mit Wechselspitze…

Natürlich gibt es noch weitere Werkzeugteile, die einer Überlegung zum Aufschweißen Wert sind, die Entscheidung über Kosten/Nutzen sollte individuell getroffen werden.

Hersteller-Strategien Verschleißteile

Und was machen die Hersteller, um ihre Geräte vor Verschleiß zu schützen? Hier gehen alle Hersteller von Bodenbearbeitungswerkzeugen (Amazone, Kverneland, Kuhn, Köckerling oder Lemken etc.) einen ähnlichen Weg mit unterschiedlicher Gewichtung: Sie löten vermehrt Hartmetallplättchen auf einen zähen Grundkörper.

Stellvertretend aus dem ÖKL-Seminar das Beispiel Pöttinger: Bei den Grubberspitzen setzt die Firma nur mehr auf Werkzeuge mit aufgelöteten Hartmetallplättchen. Der Sinterwerkstoff aus Kobalt und Wolframcarbid wird mit einem Silber- oder Kupferlot, meist an den Spitzen der Grubberschare, aufgelötet.

Durch die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Metalle, muss das verwendete Lot Spannungen an der Lotstelle gut aufnehmen können. Die Anbringung der Hartmetalle an der Spitze, garantiert eine gleichbleibende Länge bei zunehmendem Verschleiß. Dadurch bleibt die Bearbeitungstiefe konstant. Weil Pöttinger keine eigene Schmiede für solche Spezialbauteile hat, werden diese Teile zugekauft.

Wolframcarbidpulver für Kreiseleggen

Es gibt aber auch gehärtete Bauteile, die firmenintern hergestellt werden. Mit einem speziellen Verfahren, dem ‚Hochtemperatur-Niederdruckverfahren‘ kann im eigenen Hause aufgekohlt werden.

Ein weiterer interessanter Weg Oberflächen zu härten und damit verschleißfest zu machen, ist das Auftragen eines Wolframcarbidpulvers, das direkt auf das Werkzeug aufgesintert wird. Dieses Verfahren macht bei Bauteile wie einer Kreiseleggenzinke Sinn. Diese Bodenbearbeitungswerkzeuge sind im Einsatz von allen Seiten verschleißgefährdet. Ein komplettes Durchhärten wäre hier nicht zielführend. Der Bauteil würde bei steinigen Böden durch seine Sprödigkeit sofort brechen.

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Praktikertipp Verschleiß-Test

on_A-Hartmetall-aufpanzern

Hier ein praktischer Tipp für Landwirte, wie man für seinen Boden die widerstandsfähigsten Bodenwerkzeuge eruieren kann. Man bestückt einfach z. B. seinen Grubber mit verschiedenen Scharen von unterschiedlichen Herstellern oder Bauformen.

Dabei ist darauf zu achten, dass nicht nur ein oder zwei Schare anders als die anderen sind. Es sollte eine Hälfte (links oder rechts) mit der anderen verglichen werden. Erst dann kann man sagen, welches Werkzeug auf dem vorliegenden Boden am langlebigsten ist.

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Der Stahl muss hart und zäh zugleich werden

on_A-Fertigung-Glühende Teile

Stahl bringt immer noch den besten Kompromiss zwischen Härte, Zähigkeit und Kosten mit sich. Mit der Zugabe von Kohlenstoff (C) in der Produktion lässt sich Stahl härten – aber dieses Verfahren geht auf Kosten der Zähigkeit. Je härter der Stahl, umso spröder wird er und damit verringert sich wieder die Verschleißfähigkeit. Der Bauteil müsste extrem massiv gebaut sein, um nicht zu brechen.

Aber nicht nur die reine Zugabe von Kohlenstoff bestimmt den Härtegrad von Stahl, einen ganz wichtigen Einfluss nimmt auch die Verarbeitungstemperatur des Werkstoffes. Rechberger weiter: „Bestimmte Legierungsstoffe wie Wolfram, Chrom, Bor oder Nickel sollten eine gewisse Glühtemperatur nicht übersteigen, um das Gefüge nicht zu zerstören.“ Einen weiteren wichtigen Einfluss auf die Härte und somit auch auf die Zähigkeit des Metallwerkstoffes nimmt die Art der Abkühlung. Dabei stehen den Herstellern die drei Möglichkeiten: Wasserbad, Ölbad und Luftstrom zur Verfügung. Sie steuern die Geschwindigkeit des Temperaturverlustes.

Um eine möglichst optimale Nutzung der Eigenschaften Härte und Zähigkeit zu erhalten, gibt es die Möglichkeit, den Stahl aufzukohlen. Dabei wird nur die äußere Randzone gehärtet. Somit bleibt der Metallkern zäh und stabil und die Oberfläche hart und abriebsbeständig.

Diese Eigenschaft lässt sich auch durch das Zusammenführen von verschiedenen Blechen (Walzplattierung) erreichen.

  • In der Industrie kommen folgende Beschichtungsverfahren zum Einsatz:
  • PTA (Plasma Pulver Auftragsschweißen)
  • Laser-(Hybrid)-Auftragsschweißen
  • CMT (Cold Metal Tranfer)

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Haftauftrag bei Verschleißteilen

Bei einem Hartauftrag mit Pulvern oder Sintern besteht die Gefahr von Ausbrechen der gehärteten Teile, da diese zu spröde werden und deshalb Schläge nur mehr schlecht absorbieren können. Weitere Möglichkeiten bei der Härtung von Oberflächen ergeben sich mit dem Aufschweißen der Bauteile.

Dabei kann mit herkömmlichen Schweißmethoden, mit speziellen Elektroden oder Schweißdrähten, die Oberfläche „aufgeschweißt“ werden. Die dabei verwendeten Elektroden oder Drähte sind mit einem Pulver aus Wolfram- oder Borcarbid gefüllt. Ob man sich für Wolframcarbid oder Borcarbid entscheidet, spielt für das spätere Ergebnis keine Rolle. Jedoch macht dies in der Verarbeitung einen großen Unterschied.

Herstellerfirmen sind meist in der Lage beide Varianten anzuwenden, wohingegen bei einer Aufschweißung zu Hause auf die Variante mit dem Wolframcarbid zurückgegriffen werden sollte. Meist ist aber auch die Effektivität des „unkontrollierten“ Schweißvorganges in der hofeigenen Werkstätte nicht den Erwartungen entsprechend.

Bei einer Oberflächenhärtung durch Aufschweißen ist auf die Grundtemperatur des Werkstoffes zu achten und es dürfen gewisse Temperaturgrenzwerte beim Schweißen keinesfalls überschritten werden. So hat Wolframcarbid einen Schmelzpunkt von 2870 °C und Borcarbid einen Schmelzpunkt von 2350 °C. Das klingt zwar sehr hoch, bedenkt man aber, dass beim Schweißen Temperaturen bis zu 10 000 °C entstehen können, sind diese Grenzwerte schnell überschritten und das beigefügte Legierungsmaterial beginnt zu schmelzen. Dadurch wird die körnige Struktur auf atomarer Ebene aufgeschmolzen. Dies geht wiederum auf Kosten der Härte.

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