Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messer mit stauchgeschmiedetem Messerkropf (18) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Messers.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messer mit stauchgeschmiedetem Messerkropf (18) und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Messers.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messer mit Messerkropf und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Messers.
Messer der zuvor genannten Art und entsprechende Herstellungsverfahren sind bereits bekannt. Bei der klassischen Herstellungsweise wird das Messer, bestehend aus Messerschneide, Messerkropf und Messererl, in einem Stück geschmiedet. Da Messerschneide, Messerkropf und Messererl in ihrer Querschnittsfläche erhebliche Unterschiede aufweisen, ist bei der klassischen Herstellungsweise die größte Querschnittsfläche, also normalerweise diejenige des Kropfes, für die Wahl der Rohlingsquerschnittsfläche maßgeblich. Dieser Rohlingsquerschnitt muß dann zur Erzeugung von Messerschneide und Messererl durch Schmieden (Gesenkschmieden) entsprechend verjüngt werden, was sich als sehr aufwendig herausgestellt hat, da beispielsweise die Querschnittsflächen von Kropf und Schneide sehr verschieden sind.
Die US-PS 689,046 und die FR-PS 694 520 beschreiben ein Messer und dessen Herstellung, wobei Messerschneide, Messerkropf und Messererl getrennt voneinander, ggf. aus unterschiedlichen Materialien, geschmiedet und anschließend zusammengeschweißt werden. Gegenüber der zuvor beschriebenen klassischen Herstellungsweise werden die Herstellungskosten reduziert. Aufgrund verfahrensbedingter unpräziser Fertigung einzelner Bestandteile sind jedoch auch hier erhebliche Nacharbeiten erforderlich, insbesondere an den Fügeflächen für den Schweißprozeß.
Die EP-A-0429035 beschreibt ein Messer und dessen Herstellung, bei dem Messerschneide, Messerkropf und Messererl ebenfalls einzeln hergestellt und anschließend zusammengeschweißt werden. Hier wird der Messerkropf jedoch nicht geschmiedet sondern gesintert, wodurch eine präzisere Fertigung des Kropfes und somit einer Verbesserung der Oberflächenqualität der für den anschließenden Schweißvorgang erforderlichen Fügeflächen möglich ist. Eine Nachbearbeitung ist hier normalerweise nicht nötig. Allerdings müssen die einzelnen Bauteile im Anschluß an ihre Herstellung zusammengeschweißt werden, wodurch die Anzahl der Arbeitsschritte sehr hoch ist. Ferner ist das Sintern des Messerkropfes recht teuer und dauert vergleichsweise lang.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messer mit Messerkropf zu schaffen, das auf einfache Weise, in möglichst wenig Arbeitsschritten sowie preisgünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Messer nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst .
Das Messer umfaßt erfindungsgemäß einen stauchgeschmiedeten Messerkropf. Beim Stauchschmieden wird der Querschnitt des Rohlings in dem bearbeiteten Bereich nicht verringert sondern vielmehr vergrößert, so daß nicht länger die größte Querschnittsfläche, also die Querschnittsfläche des Kropfes, für die Wahl des Rohlingsquerschnitts maßgeblich ist. Gemäß der Erfindung kann ein im wesentlichen flacher Rohling verwendet werden, dessen Querschnittsfläche derjenigen der Messerschneide und/oder des Messererls entspricht. Dieser Rohling wird dann in dem Bereich des zu erzeugenden Messerkropfes gestaucht, so daß sich der Rohling dort zusammenfaltet, bis die gewünschte größere Querschnittsfläche für den Kropf erzeugt ist. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß beim Schmieden des Rohlings nur der Messerkropf bearbeitet werden muß, nicht aber Messerschneide und Messererl. Dies hat den Vorteil, daß die Materialdicke von Erl und Schneide und somit die ursprüngliche Stahlqualität erhalten bleibt. Auch die Mittelachse des Rohlings und dessen Ausgangsdicke werden durch den Schmiedeprozeß nur wenig beeinflußt, so daß das Bearbeitungsergebnis wesentlich präziser ist. Die Mäßabweichungen eines Loses sowie die Bauteiltoleranzen sind gegenüber dem konventionellen Schmieden deutlich geringer. Der präzise gefertigte Schmiederohling hat auch einen positiven Einfluß auf die Präzision und die Qualität aller folgenden Bearbeitungsschritte. Die Form von Messerschneide und Messererl können im Anschluß an den Schmiedeprozeß beispielsweise einfach ausgestanzt werden, da der verwendete Rohling bereits die für Messerschneide und Messererl erforderliche Querschnittsfläche aufweist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Messer bestehend aus Messerschneide, Messerkropf und Messererl aus einem einteiligen Rohling ausgebildet werden kann, wobei jedoch die Fertigung gegenüber der klassischen Herstellungsweise präziser und weniger aufwendig ist. Die Herstellung aus einem einteiligen Rohling ist gegenüber der Herstellung aus mehreren Rohlingen dahingehend vorteilhaft, daß ein Fügen von Messerschneide, Messerkropf und Messererl nicht erforderlich ist. Entsprechend entfallen sowohl Arbeitsschritte als auch die Anforderungen an die für das Schweißen benötigten Fügeflächen.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind Messerschneide, Messerkropf und Messererl vorzugsweise aus genannten Gründen einteilig ausgebildet.
Der verwendete Rohling umfaßt vorteilhafterweise mehrere Materiallagen, wobei wenigstens eine Materiallage eine hohe Härte aufweist, vorzugsweise zwischen 54 und 70 HRC, besser noch im Bereich von 66 HRC. Diese wenigstens eine Materiallage mit hoher Härte bildet die Schneidfläche des fertigen Messers. Als Material wird bevorzugt Stahl verwendet, von dessen Kohlenstoffanteil seine Härtbarkeit abhängt. Der Kohlenstoffanteil sollte 0,5 Gew.-% nicht unterschreiten, andererseits 2 Gew.-% nicht überschreiten, da der Stahl sonst zu spröde wird und somit bruchanfällig ist. Der Stahl kann ferner weitere Legierungselemente, wie beispielsweise Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium oder Wolfram umfassen. Mangan macht den Stahl fester und besser schmiedbar. Chrom erhöht ebenfalls die Festigkeit des Stahls, macht ihn durch die Bildung von Chromkabiden abriebfester und erhöht dessen Korrosionsresistenz. Ab einem Chromanteil von ca. 12 % gilt ein Stahl als rostfrei bzw. rostbeständig. Molybdän steigert die Schneid- und Dauerbeständigkeit des Stahls, besonders in Verbindung mit Vanadium. Wolfram schließlich steigert die Festigkeit, erhöht die Härte und Schnitthaltigkeit wesentlich. Durch die Wahl der Legierungselemente und deren Anteile können besondere Eigenschaften des Stahls eingestellt werden. Härte, Schneidhaltigkeit und Bruchunanfälligkeit stehen hier jedoch im Vordergrund, da diese Materiallage die Schneidefläche bilden soll.
Die wenigstens eine Materiallage mit hoher Härte ist vorzugsweise im Kernbereich des Rohlings und somit der später erzeugten Messerschmiede angeordnet, so daß die Schneidfläche des herzustellenden Messers mittig angeordnet ist. Diese harte Materiallage kann auch außenmittig angeordnet werden, sollte dies gewünscht sein. Der Kernbereich umfaßt vorteilhafterweise mindestens 50 % der gesamten Messerschneidendicke bzw. der Gesamtmesserschneidenquerschnittsfläche, so daß beispielsweise beim Schleifen oder Nachschleifen des fertigen Messern auch tatsächlich die Schneidfläche geschliffen wird. Damit der Kernbereich möglichst mittig angeordnet ist, ist die Anzahl der Materiallagen vorteilhafterweise ungerade.
Die übrigen Materiallagen, die bevorzugt den harten Kernbereich umgeben, weisen vorzugsweise eine geringere Härte als der Kernbereich auf und sind im wesentlichen rostfrei. Letzteres hat den Vorteil, daß der kohlenstoffhaltige Stahl des Kernbereiches, der sehr zum Rosten tendiert, durch die diesen umgebenden rostfreien Materiallagen vor der Atmosphäre geschützt ist.
Die sichtbaren Materiallagenübergänge, beispielsweise am Messerrücken, am Messerkropf oder an der Messerschneide, werden vorzugsweise angeätzt, um die durch die Mehrlagigkeit entstehende Musterung sichtbar zu machen. Dies hat im wesentlichen optische Gründe. Insbesondere der stauchgeschmiedete Messerkropf weist aufgrund der Faltung des mehrlagigen Rohlings ein individuelles Muster auf, das an Damaszenerstahl erinnert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Messerschneide, Messerkropf und Messererl bevorzugt aus einem einteiligen Rohling ausgebildet. Auf diese Weise kann nach dem Schmieden auf jedwede Fügeoperationen verzichtet werden. Durch die Ausbildung des Kropfes mittels Stauchschmieden ist auch bei einteiligem Rohling sichergestellt, daß die Fertigung präzise und nicht zu aufwendig ist.
Der Rohling wird vorzugsweise aus einem mehrlagigen Blech ausgestanzt, mittels Widerstandserwärmung erwärmt und im Stauchschmiedeschritt im Bereich des zu erzeugenden Kropfes gestaucht bzw. gefaltet.
Der Stauchschmiedeschritt bzw. das Ergebnis des Stauchschmiedeschrittes hängt im wesentlichen vom Stauchweg, der Stauchgeschwindigkeit und der Temperaturregelung ab. Die Temperatur beträgt dabei vorzugsweise 1.050°C, wobei die Temperatur materialabhängig ist.
An den Stauchschmiedeschritt schließt sich bevorzugt ein Präzisionsschmiedeschritt an, insbesondere um einzelne Konturen des Messerkropfes genau herauszuarbeiten. Das Ergebnis des Präzisionsschmiedeschrittes hängt im wesentlichen von der Verfahrgeschwindigkeit des Oberwerkzeugs, von der Preßkraft, vom Verfahrweg, von der Kontaktzeit und dem verwendeten Kühlschmierstoff ab. Vorzugsweise umfaßt das Präzisionsschmieden des Kropfes lediglich einen Hub.
Schließlich wird die Messerkontur bevorzugt abgegratet bzw. ausgestanzt.
Das zuvor beschriebene Verfahren ermöglicht eine sehr präzise sowie preiswerte Fertigung, wobei das Verfahren wenig Verfahrensschritte umfaßt und ohne jegliche Fügeschritte auskommt. Stromverbrauch, Stahleinsatz, Fläche und Lärm werden erheblich verringert.
Der für das oben beschriebene Verfahren verwendete Rohling umfaßt, wie zuvor beschrieben, mehrere Lagen, vorzugsweise mit einer mittig angeordneten Stahlschicht mit hoher Härte, die letztendlich die Schneidfläche des Messers bilden soll. Bei der Erzeugung des Rohlings werden mehrere Blechlagen plattiert und kaltgewalzt, so daß Bleche entstehen, aus denen die Rohlinge ausgestanzt werden können.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben. Darin stellen Fig. 1 bis Fig. 5 einzelne Ergebnisse aufeinander folgender Verfahrensschritte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 zeigt einen Rohling 10, der für die Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Bei dem Rohling 10 handelt es sich um einen Streifen aus Mehrlagenstahl, beispielsweise 3-lagig bis zu damaszenerstahlähnlichen Clad-Verbunden, z. B. 33-lagig. Der Rohling 10 weist in der Mitte seiner Querschnittsfläche eine Lage aus einem Stahl mit hoher Härte auf, vorliegend 66 HRC. Diese Materiallage nimmt etwa 50 % der Gesamtmesserschneidendicke bzw. Gesamtmesserschneidenquerschnittsfläche ein und bildet die Schneidfläche des zu erzeugenden Messers.
Der in Fig. 1 dargestellte Rohling 10 wurde aus einem großen, kaltgewalzten Mehrlagenstahlblech ausgestanzt, das die gewünschte Querschnittsfläche von Messerschneide und Messererl aufweist. Entsprechend weist auch der Rohling 10 die entsprechende Querschnittsfläche auf.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Rohling 10 nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Stauchschmiedeschrittes. Wie zu erkennen ist, wurde das Material in dem Bereich 12, an dem der zu erzeugende Messerkropf ausgebildet werden soll, derart zusammengefaltet, daß die Querschnittsfläche im Bereich 12 entsprechend der gewünschten Querschnittsfläche des Messerkropfes vergrößert wurde. Die Bereiche 14 und 16, aus denen später Messerschneide und Messererl erzeugt werden, wurden durch den Stauchschritt im wesentlichen nicht verändert. Das Stauchen erfolgt durch Widerstandserwärmung. An dieser Stelle sollte klar sein, daß die Erwärmung auch in anderer Art und Weise erfolgen kann.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 dargestellten Rohling 10 nunmehr nach Durchführung eines Präzisionsschmiedeschrittes, mit dem im Bereich 12 die Form des Messerkropfes 18 ausgebildet wurde. Das Präzisionsschmieden erfolgt unter Durchführung eines einzelnen Hubs. Ferner können beim Präzisionsschmiedeschritt auch mehr als ein Hub ausgeführt werden, wobei natürlich bevorzugt ist, daß die Form des Messerkropfes durch einen einzelnen Hub ausreichend präzise erzeugt werden kann. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, bleiben die Bereiche 14 und 16, aus denen Messerschneide und Messergrat erzeugt werden, auch während der Durchführung des Präzisionsschmiedeschrittes im wesentlichen unverändert.
Fig. 4 zeigt das Fertigteil 20, das entsteht, wenn der in Fig. 3 dargestellte Rohling 10 einem Abgratschritt unterzogen wird. Bei diesem Abgratschritt wird die jeweilige Kontur der Messerschneide 22, des Messerkropfes 18 und des Messererls 24 ausgestanzt.
Fig. 5 zeigt das durch den Abgratschritt entsprechend erzeugte Abgratteil 26. Wie zu erkennen ist, entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine geringe Abfallmenge.
Fig. 6 zeigt schließlich eine vergrößerte Querschnittsansicht des gestauchten, mehrlagigen Messerkropfes 18. Die im wesentlichen mittig, also im Kernbereich angeordnete Materiallage 28 mit hoher Härte erstreckt sich mäanderartig gefaltet durch den Messerkropf 18. Sie nimmt etwa 50 % der Querschnittsfläche ein und wird von weiteren, wesentlich dünneren und ebenfalls gefalteten Materiallagen 30 umgeben, die in Fig. 6 allerdings nur bereichsweise angedeutet sind. Es sollte klar sein, daß sich Materiallagen 30 durch den gesamten Kropf 18 oberhalb und unterhalb der Materiallage 28 erstrecken und entsprechend der Umformung des Kropfes 18 verlaufen. Diese Materiallagen 30 sind weicher als die Materiallage 28 und sind korrosionsbeständig, um die Materiallage 28 vor negativen Einflüssen der Atmosphäre zu schützen. Anhand Fig. 6 ist zu erkennen, daß durch einen entsprechenden Anschliff und durch Ätzen der abgeschliffenen Fläche die individuelle Musterung zum Vorschein gebracht werden kann, was inbesondere optisch wünschenswert sein kann.
Es sollte klar sein, daß die zuvor beschriebene bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie das beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Messer mit Messerkropf in Bezug auf den Schutzbereich, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, nicht einschränkend sind. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne diesen zu verlassen.