Beeinflusst die Luftfeuchtigkeit in der Arbeitsumgebung die Lebensdauer der Schaufelzähne?

Direkte Auswirkungen: Feuchtigkeit beschleunigt die elektrochemische Korrosion der Schaufelzähne und beschädigt die Metallstruktur.

Schaufelzähne bestehen häufig aus Stahl (z. B. Weichstahl, Manganstahl oder legiertem, verschleißfestem Stahl). In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit bilden diese Metalle mit Sauerstoff und Feuchtigkeit einen elektrochemischen Korrosionskreislauf. Dies kann sich wie folgt äußern:

1. Milde Luftfeuchtigkeit (40–60 % relative Luftfeuchtigkeit, beispielsweise an feuchten Tagen)

Auswirkungen: Auf der Zahnoberfläche bildet sich ein dünner Wasserfilm, die Korrosionsrate ist jedoch gering. Kurzfristig (1–2 Wochen) tritt nur geringfügiger Rost auf (hauptsächlich in den Zwischenräumen zwischen Zahn und Adapter sowie aufgrund von Verschleiß auf der freiliegenden Metalloberfläche der Zahnspitzen).

Folgen: Rost beschädigt die Rostschutzbeschichtung (z. B. die Werkslackierung oder Verzinkung) auf der Zahnoberfläche leicht, beeinträchtigt jedoch nicht die innere Metallstruktur. Die Auswirkungen auf die Lebensdauer sind minimal (möglicherweise verkürzt sich die Zahnlebensdauer um 5–10 %).

2. Mäßige Luftfeuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit 60–85 %, z. B. bei Außeneinsätzen während der Regenzeit oder in der Nähe von Flüssen oder Seen)

Auswirkungen: Die Wasserfilmdicke nimmt zu und Verunreinigungen in der Luft (wie Staub- und Schlammpartikel in der Arbeitsumgebung) lösen sich im Wasserfilm auf und bilden eine „korrosivere Elektrolytlösung“, die 3-5 Mal schneller korrodiert als bei milder Feuchtigkeit.

Folgen: Rost auf der Oberfläche des Schaufelzahns kann sich von „Punkten“ zu „Flocken“ ausbreiten und sogar in winzige Risse im Zahnkörper eindringen (z. B. Ermüdungsrisse, die beim Schaufeln entstehen). Bei längerem Gebrauch (über einen Monat) kann die effektive Verschleißschicht des Schaufelzahns durch Korrosion allmählich abgetragen werden, wodurch die einst harten Zahnspitzen locker und spröde werden und beim nachfolgenden Schaufeln leichter absplittern können.

3. Extreme Feuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit > 85 %), wie etwa anhaltender Regen, nasser Untertagebergbau und Gischt vor der Küste.

Auswirkungen: Wenn die Oberfläche des Löffelzahns ständig nass ist oder sogar direkt mit stehendem Wasser in Berührung kommt, kann Korrosion tief in das Metall eindringen und tiefen Rost verursachen (allgemein bekannt als Durchrostung). Enthält die Betriebsumgebung Salz (z. B. Salznebel bei Küstenarbeiten), entsteht durch die Kombination von Feuchtigkeit und Salz eine hochkorrosive Verbindung, die die Korrosionsrate um das Zwei- bis Dreifache erhöht.

Konsequenzen:

Strukturelle Schäden: Die Verbindung zwischen den Schaufelzähnen und dem Adapter (z. B. die Stiftlöcher) kann durch Rost „festfressen“, was einen späteren Zahnaustausch erforderlich macht, der eine gewaltsame Demontage erforderlich machen und sogar den Adapter beschädigen kann.

Verringerte Festigkeit: Tiefer Rost kann zu einem Rückgang der Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit der Schaufelzähne um mehr als 30 % führen. Schaufelzähne aus Legierung, die einst dem Aufprall von hartem Gestein standhalten konnten, können selbst beim Laden von normalem Kies brechen.

Deutlich verkürzte Lebensdauer: In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit kann die Lebensdauer der Schaufelzähne um 40–60 % kürzer sein als in trockenen Umgebungen (z. B. kann eine Lebensdauer von drei Monaten unter trockenen Bedingungen bei hoher Luftfeuchtigkeit nur 1,5 Monate betragen).

Indirekte Auswirkungen: Feuchtigkeit verschlimmert den Zahnverschleiß durch einen synergistischen Effekt

Neben der direkten Korrosion kommt es in Kombination mit der Feuchtigkeit, der Betriebsbelastung und den Materialeigenschaften zu einem „1+1>2“-Verschleißeffekt:

1. Feuchtigkeit + abrasive Materialien: Verschlimmern den „korrosiven Verschleiß“

Wenn das Arbeitsmaterial von Natur aus abrasiv ist (wie Sand, Kies oder Erzpulver), kann eine hohe Luftfeuchtigkeit dazu führen, dass das Material an der Zahnoberfläche haftet.

Einerseits reibt das anhaftende nasse Material kontinuierlich am Zahn, während die Feuchtigkeit im Material abrasive Partikel tief in die Zahnverschleißfläche trägt, was zu einem doppelten Verschleißeffekt von „abrasiv + korrosiv“ führt (mehr als doppelt so schnell wie der abrasive Verschleiß allein unter trockenen Bedingungen).

Andererseits verstopft nasses Material den „Verschleißspalt“ des Zahns und verhindert so ein reibungsloses Gleiten des Materials während der Belastung. Dies erfordert eine erhöhte Belastungskraft, wodurch indirekt die „Stoßbelastung“ auf den Zahn erhöht und Ermüdungsschäden weiter beschleunigt werden.

2. Feuchtigkeit + niedrige Temperatur: Verursacht Frost-Tau-Korrosion (Extremszenario)

Wenn hohe Luftfeuchtigkeit mit niedrigen Temperaturen einhergeht (wie etwa Temperaturen unter 0 °C im Winter in Nordchina), gefriert der Wasserfilm auf der Oberfläche des Schaufelzahns zu Eis:

Wenn sich Eis bildet, dehnt sich sein Volumen aus, wodurch winzige Risse auf der Zahnoberfläche gedehnt und vergrößert werden.

Nach dem Schmelzen bei erhöhten Temperaturen sickert Wasser zurück in die vergrößerten Risse. Wiederholte Frost-Tau-Zyklen führen zur Bildung wabenartiger Löcher im Zahninneren, wodurch seine strukturelle Festigkeit drastisch reduziert wird und er schließlich bei Belastung „plötzlich bricht“ (diese Art von Schäden kommt besonders häufig im Bergbau bei hoher Luftfeuchtigkeit in nördlichen Wintern vor).

Der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Lebensdauer von Schaufelzähnen ist im Wesentlichen eine Kombination aus Korrosion und betriebsbedingtem Verschleiß. Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto schneller die Korrosion, desto stärker der Rückgang der strukturellen Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Zahns und desto stärker verkürzt sich seine Lebensdauer. Daher reicht es beim Betrieb in feuchter Umgebung (insbesondere bei mittlerer oder höherer Luftfeuchtigkeit oder bei hoher Luftfeuchtigkeit und Salzgehalt) nicht aus, sich ausschließlich auf die Verschleißfestigkeit der Schaufelzähne zu konzentrieren. Es ist außerdem notwendig, korrosionsbeständigen Materialien den Vorzug zu geben und täglich Rostschutzmaßnahmen durchzuführen, um unnötigen Verschleiß durch Feuchtigkeit zu vermeiden und die Austauschhäufigkeit und -kosten zu reduzieren.