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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, einen Kreiselmäher mit einem derartigen Schneidmesser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Schneidmessers mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Demnach befinden sich die Schneidmesser an einem Rotormäher mit mindestens einem um eine im Wesentlichen vertikale Achse umlaufenden, trommel- oder scheibenförmigen Rotorkörper, der jeweils schräg nach außen und unten gerichtete Befestigungselemente, wie einen Ringkragen, aufweist, an welchem die aus Flachmaterial gebildeten Schneidmesser mit einem ersten, radial innen gelegenen Endbereich in einer Lochung zum Befestigungselement schwenkbar gelagert sind. Die Schneidmesser stehen mit dem anderen, zweiten, radial außen gelegenen Endbereich bei umlaufenden Rotorkörper radial nach außen über den Rand des jeweiligen Befestigungselementes vor. Die Schneidmesser weisen zumindest in dem vorstehenden Bereich an den beiden im Wesentlichen in radialer Richtung oder leicht schräg dazu verlaufenden Rändern durch Abschrägungen gebildete Schneidkanten auf.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Schneidelemente für Kreiselmäher, die entweder als Trommelmäher oder als Scheibenmäher zum Mähen von Gras, Getreide usw. bekannt sind, werden als Rotorklingen, Kreiselmäherklingen oder Schneidmesser bezeichnet. Sie bestehen aus länglichen Zuschnitten aus härtbarem Flachstahl, insbesondere Federstahl, und weisen eine Dicke von beispielsweise 3 mm auf. Eine Ausführungsform und die Anbringung eines Schneidmessers an dem Ringkragen eines Trommelmähers gehen aus dem
DE-GM 1970 258 hervor. Anbringungsbeispiele an Scheibenmähern sind aus der
FR-PS 1.480.616 bekannt. Ein solcher Scheibenmäher kann zwischen den beiden Achsen eines Schleppers angeordnet sein. Ein Schneidwerk kann auch am Heck eines Schleppers – in Fahrtrichtung gesehen links- oder rechtsausladend – angebaut sein. Größere Schlepper mit entsprechend hohem Leistungspotential ermöglichen den Betrieb mehrerer Schneidwerke. Eine vorteilhafte Gerätekombination ergibt sich, indem ein Frontmähwerk und zwei Heckmähwerke, das eine rechtsausladend und das andere linksausladend, an einen Schlepper angebaut und betrieben werden. Eine solche Maschinenkombination ermöglicht Schnittbreiten, die der dreifachen Breite und mehr des antreibenden Schleppers betragen. Bekannt sind Kreiselmähwerke mit bis zu acht Trommeln oder Scheiben, die sich jeweils um eine etwa senkrecht angeordnete Achse drehen. Die üblichen Ringkragen unterhalb der Trommeln oder Scheiben sind in der Regel mit bis zu vier Schneidmessern bestückt, die während des Mähens eine Umfangsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 80 m/s erreichen.
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Die
DE-PS 38 07 105 zeigt Schneidmesser mit rechteckigen Zuschnitten und Trapez-Querschnitten. Vorteilhaft werden Schneidmesser mit Parallelogramm-Querschnitt, angewalzten Schneid kanten und rechteckigem Zuschnitt eingesetzt. Derartige Messer werden im Durchschnitt um 12° um ihre Längsachse verdreht, damit jede der beiden Schneidkanten gleich tief stehend in Schnittstellung gelangt. Die Schneidmesser werden, wenn eine Schneidkante abgenutzt ist, von dem Befestigungselement, wie dem Ringkragen gelöst, um 180° um ihre Längsachse gewendet und an gleicher Stelle wieder befestigt. Messer mit Trapez-Querschnitt werden zum Schneidenwechsel von dem Ringkragen gelöst und an einem unmittelbar benachbarten Ringkragen wieder befestigt, da dieser zu seinen benachbarten Ringkragen gegenläufig dreht. Somit gelangt auch die zweite Schneide gleich tief stehend wie die erste in Schnittstellung.
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Wie langjährige Beobachtungen zeigen, tragen sich die Schneiden und der Korpus eines Schneidmessers im ersten Drittel der Gesamtlänge während des Mähens ab. Berührungen mit Steinen oder dergleichen verursachen Verformungen und Materialabtragungen. Das mittlere Drittel eines Messers wird auf Biegung beansprucht; im dritten Drittel bezogen auf die Gesamtlänge eines Schneidmessers befindet sich das Befestigungsloch. In 1 ist ein einzelnes Schneidmesser 100 nach dem Stand der Technik dargestellt. Es besteht aus einem ebenen Abschnitt aus beispielsweise 3 mm dickem Bandstahl, der länglich ausgebildet ist. Die beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten weisen Abschrägungen 102 und 103 auf, die die Schneidkanten 113 bilden. An einem Ende besitzt das Schneidmesser 100 eine durchgehende Lochung 104, mit welcher es mit einem nicht dargestellten Zapfen an der Unterseite des Ringkragens eines Kreiselmähers schwenkbar befestigt wird. Das Schneidmesser 100 weist in seinem ersten Längendrittel 105 strich-doppeltpunktiert dargestellte Materialabtragungen 106 und 107 auf. Das Messer ist praktisch verschlissen.
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Die Standzeit eines Messersatzes beträgt im Durchschnitt 80 ha; das entspricht in etwa einem Tagwerk, wenn drei Mähwerke mit je acht Trommeln bzw. Scheiben, an deren Ringkragen zwei Schneidmesser befestigt sind, an einen Schlepper angebaut und betrieben werden. Wird ein derartiges Mähverfahren unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet, sind dabei nicht nur Kosten und Standzeit der Schneidmesser zu berücksichtigen, sondern auch der Aufwand für Messerwechsel und der damit verbundene Arbeitsausfall auf dem Feld. Ferner verursachen stumpf werdende Schneidmesser einen deutlichen Mehrverbrauch an Kraftstoff.
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Derartige Überlegungen legen es nahe, die Standzeit der Schneidmesser entscheidend zu erhöhen. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass sie der Prüfung, die die ISO-Norm 5718:2002 (E) vorschreibt, standhalten. Nach der Unfallverhütungsvorschrift UVV, Abschnitt 3.3, ist diese Norm eine Sicherheitsnorm. Durch eine in allen Einzelheiten festgelegte Biegeprobe nach dieser ISO-Norm wird geprüft, ob die Sprödigkeit in dem besonders hoch auf Biegung beanspruchten, mittlerem Längendrittel eines Schneidmessers so gering ist, dass nach der Prüfung keine Anrisse erkennbar sind. Bei dieser Prüfung wird z. B. ein Schneidmesser mit einer Dicke von < 3,5 mm um einen Innenradius von 16 mm um 75° gebogen.
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Nach dieser Norm wird dem Messerhersteller die Auswahl geeigneter Materialgüten überlassen, die Messer müssen jedoch eine Härte von mindestens 45 HRC aufweisen. Die auf dem Markt befindlichen Schneidmesser sind in der Regel auf eine Härte von 47–53 HRC vergütet. Die
DE-PS 38 07 105 C1 schlägt in dieser Hinsicht vor, das Schneidmesser durch eine oder mehrere Ausprägungen in dem kritischen Bereich zu stabilisieren.
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Die
JP 60-245 726 A von der die Erfindung als nächstliegender Stand der Technik ausgegeht, offenbart ein gattungsgemäßes Schneidmesser für einen Kreiselmäher, bei dem quer zu ihrer Längserstreckung entlang einer ersten, radial außen gelegenen Teillänge zusätzliche Härtezonen im Bereich der Schneidkanten unter Freilassung einer gleichbreiten Mittelzone vorgesehen sind.
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Aus der
DE 41 27 581 A1 sind gattungsgemäße Schneidmesser für Kreiselmäher bekannt, die an ihrem radialen Stirnende eine Querschneide aufweisen. Die Querschneide, aber auch die Längsschneiden können nachgehärtet sein.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Davon ausgehend, löst die vorliegende Erfindung das Problem ein gattungsgemäßes Schneidmesser derart auszubilden, dass seine Standzeit erhöht wird und die Sicherheit in Gestalt der sicheren Biegbarkeit gewährleistet ist. Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung Schneidmesser mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Kreiselmäher mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vor. Demnach basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken, mindestens eine zusätzliche Härtung im radial außen liegenden Messerbereich vorzunehmen. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schneidmesser quer zu ihrer Längserstreckung entlang einer ersten Teillänge drei nebeneinander liegende Zonen unterschiedlicher Härte aufweisen, wobei die zwischen den Schneidkanten liegende mittlere (erste) Zone eine geringere Härte als die die Schneidkanten aufweisenden seitlichen (zweiten und dritten) Zonen aufweist. Das Schneidmesser weist entlang einer zweiten Teillänge eine weitere, insbesondere vierte Zone auf, die eine geringere Härte als die die Schneidkanten aufweisenden seitlichen (zweiten und dritten) Zonen besitzt. Die vierte Zone ist breiter als die erste Zone.
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Ein derartiges Schneidmesser gestattet bei entsprechender Rockwell-Härte die geforderte Biegbarkeit auf, ohne dass Risse erkennbar werden. Die im Bereich der ersten Teillänge des Schneidmessers, also in dem Bereich der den Schneidvorgang ausführt, liegende mittlere (erste) Messerzone relativ geringerer Härte stellt sicher, dass auch diese erste, besonders hoch belastete Teillänge des Schneidmessers insgesamt ausreichend gering versprödet, so dass der Biegetest nach der eingangs erwähnten ISO-Norm erfolgreich bestanden wird. Mit derartigen Schneidmessern konnte die Standzeit im Vergleich zu gleichgeformten Schneidmessern aber ohne die unterschiedlich harten Zonen im Mittel um 50% und mehr vergrößert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge der ersten, die drei nebeneinander liegenden unterschiedlich harten Zonen aufweisenden Teillänge L1 des Schneidmessers 20% bis 40% der Gesamtlänge des Schneidmessers, vorzugsweise etwa 1/3 der Gesamtlänge.
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Während sich das Befestigungsloch bevorzugt etwa im letzten Drittel des Schneidmessers befindet, wird das Schneidmesser im mittleren Bereich, insbesondere im mittleren Drittel der Gesamtlänge besonders auf Biegung beansprucht. Vorzugsweise wird daher die der zweiten Teillänge zugeordnete vierte Zone im mittleren Drittel der Gesamtlänge des Schneidmessers angeordnet. Besonders bevorzugt erstreckt sich die zweite Teillänge L2 des Schneidmessers, welche die vierte Härtezone beinhaltet, sowohl über das mittlere als auch über das letzte Drittel der Gesamtlänge des Schneidmessers, schließt also die Befestigungszone mit ein. Die Breite dieser vierten Härtezone soll größer als die Breite der ersten, zwischen den seitlichen (zweiten und dritten) Zonen liegende erste Härtezone sein. Es ist also grundsätzlich denkbar, dass an einer oder beiden Seitenrändern der vierten Härtezone sich mindestens eine weitere Zone des Schneidmessers befindet, die eine andere (größere oder kleinere) Härte als die vierte Härtezone aufweist. In normalen Anwendungsfällen reicht es aber aus, wenn sich die Breite der vierten Härtezone über die gesamte Schneidmesserbreite erstreckt.
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Die Härte des Schneidmessers in der ersten und in der vierten Härtezone kann durchaus unterschiedlich sein. Bevorzugt wird die Härte der ersten und vierten Härtezone aber gleich groß gewählt. Die Härte der im Bereich der Schneidkanten liegenden zweiten und dritten Härtezone können grundsätzlich zwar unterschiedlich sein, doch wird eine etwa gleiche Härte bevorzugt, insbesondere in der Größenordnung von > 53 HRC, vorzugsweise von 58 HRC und mehr – was auch auf die einheitliche zusätzliche Härtezone der ersten Alternative zutrifft.
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Um ein derartiges Schneidmesser herzustellen, wird das Schneidmesser nach der Formgebung zunächst insgesamt vergütet. Sodann wird das Schneidmesser in den zweiten und dritten Zonen einem flächenmäßig begrenzten zusätzlichem Härtungsschritt unterzogen (Zonenhärten). Je nach gewählter Materialgüte werden Härtewerte von mindestens 53 HRC erzielt. Dabei entstehen Übergangszonen zwischen den besonders gehärteten ersten und zweiten Härtezonen und den übrigen, ersten und vierten, Härtezonen geringerer Härte. Die Übergangszonen von relativ höherer zur relativ niedrigeren Härte werden vorzugsweise so angeordnet, dass sie nicht in den Schneidvorgang einbezogen werden. Solche Übergangszonen weisen Zwischenstufengefüge auf, deren Härten unterhalb derjenigen der Vergütung (erste und vierte Härtezone) liegen können.
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Als besonders vorteilhaftes Verfahren für das Zonenhärten hat sich das Hochfrequenzinduktionsverfahren erwiesen; ebenso ist ein Laserverfahren zum Zonenhärten vorteilhaft. Es ist bei der zweiten Alternative möglich, außer den beiden seitlichen, zweiten und dritten Härtezonen, auch eine zwischen diesen beiden im Messerendbereich sich befindende fünfte Härtezone zusätzlich zu härten. Die Breite der zweiten und dritten Härtezone ist grundsätzlich frei wählbar, so lange dadurch die mittlere (erste) Härtezone nicht allzu stark breitenbeschränkt wird. Die Breite der mittleren (ersten) Härtezone kann variieren. Sie beträgt gewöhnlich 40% bis 60% der Messerbreite, vorzugsweise etwa 50% der Messerbreite und nimmt vom freien Messerende her in Richtung zum Befestigungsende hin, insbesondere stetig, zu.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung eines Schneidmessers für einen Kreiselmäher, Kreiselmäher mit einem derartigen Schneidmesser sowie Verfahren zum Herstellen eines derartigen Schneidmessers dargestellt ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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In der Zeichnung zeigen
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2 einen Querschnitt eines Schneidmessers nach Stand der Technik und der Erfindung in Form eines Parallelogramms, Schnitt entlang der Linie II-II gemäß 1 und 3;
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3 ein Schneidmesser im Neuzustand in Draufsicht;
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4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Schneidmessers in Draufsicht mit zur Spitze hin sich verjüngender erster Härtezone;
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5 einen Querschnitt eines Schneidmessers in Form eines Trapezes;
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6 ein Schneidmesser mit zu ihrem Befestigungsbereich leicht verdrehten Schneidbereich.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Aus der Draufsicht auf ein Schneidmesser nach 3 ist ersichtlich, dass das im Querschnitt parallelogrammförmige Schneidmesser für einen Kreiselmäher aus einem Abschnitt von Flachmaterial besteht in dessen erstem Endbereich (10A) eine Durchlochung 11 vorgesehen ist, die der an sich bekannten schwenkbaren Lagerung an ein Befestigungselement des Rotorkörpers eines Kreiselmähers dient. Die seitlichen Längsränder verfügen über Abschrägungen 12, die an ihren Außenkanten Schneidkanten 13 bilden, welche in dem Ausführungsbeispiel (aber nicht notwendigerweise) sich über die Schneidmesserlänge erstrecken. In der Praxis ist das Messer um seine Längsachse im etwa mittleren Drittel leicht verdreht, so dass die rechten und linken Schneidkanten etwa auf demselben Höhenniveau liegen, wenn das Messer montiert ist.
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Etwa zwei Drittel der Schneidmesserlänge nimmt die eine Zone 14D definierende Länge L2 ein. Diese Zone ist so breit wie die Breite B des neuen Schneidmessers. Jenseits einer die Länge L2 begrenzenden gedachten Querlinie (strichpunktiert dargestellt) befindet sich die übrige Teillänge L1 des Schneidmessers 10, welche über die Breite B gesehen in drei etwa in Messerlängsrichtung erstreckte Zonen unterteilt ist, nämlich eine erste, mittlere Zone 14A, eine zweite Zone 14B, die auch die in der Zeichnung linke Schneidkante umfasst und eine dritte Zone 14C im rechten Viertel der Messerbreite etwa symmetrisch zur zweiten Zone 14B. Die zweite und dritte Zone 14B und 14C ist der besseren Übersichtlichkeit halber rautiert dargestellt. Das Schneidmesser wird zunächst vergütet in an sich bekannter Technik, so dass das Messer insgesamt eine Rockwellhärte zwischen 47 und 53 HRC danach aufweist. Sodann werden die Zonen 14B und 14C gesondert gehärtet, so dass die Härte oberhalb von 53 HRC, vorzugsweise in der Größenordnung von 58 HRC und höher, liegt. Die Zonen können durch sog. Zonenhärten relativ exakt vorausbestimmt werden. Als bevorzugte Methode wird das Hochfrequenzinduktor-Verfahren eingesetzt. Zwischen den zweiten und dritten Zonen 14B und 14C und den übrigen beiden Zonen 14A und 14D können Übergangszonen verminderter Härte entstehen. Diese liegen jedoch nicht im Verschleißbereich des Schneidmessers, welcher durch die zweiten und dritten Zonen 14B und 14C gebildet wird. Die Zonen 14B und 14C einerseits und die Zonen 14A und 14D andererseits weisen im Übrigen jeweils etwa die gleiche Härte auf.
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Auf diese Weise werden eine hohe Standzeit mit gleichzeitig großer Sicherheit des Schneidmessers gegen Sprödbruch miteinander verbunden.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 4 verjüngt sich die erste Härtezone 14A zur Messerspitze (Messerende 1) hin stetig, d. h. im dargestellten Fall in linearer Weise, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die längste Erstreckung der zweiten und dritten Zonen 14B und 14C ein Drittel der Messerlänge beträgt und die breiteste Stelle dieser Zonen etwa ein Viertel der Breite des unverbrauchten Messers beträgt. Diese Längen- und Breitenverhältnisse können in ähnlicher Weise variieren, wie bei dem Schneidmesser nach 3. Durch diese Ausführungsform wird ein Höchstmaß an wirtschaftlicher Herstellung mit einem Maximalmaß an Standzeiterhöhung bei besonders hoher und über die Länge sich gleichmäßig ändernder Biegbarkeit des Schneidmessers erreicht.
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Das Ausführungsbeispiel nach 6 gilt exemplarisch für die Erfindung und zeigt eine Verdrehung des Schneidbereiches bezüglich des Befestigungsbereiches des Messers um seine Längsachse um etwa 12°, wobei diese Verdrehungszone V vom Befestigungsende her gesehen bei etwa der Hälfte der Messerlänge, d. h. am Ende der Befestigungszone B beginnt und etwa 15% der Messerlänge einnimmt. Die zusätzliche Härtungszone 14 liegt also in der Regel außerhalb der Verdrehungszone V.