Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist.

[0002] Im Kraftfahrzeugbau, beispielsweise bei Baumaschinen, Bodenbearbeitungs- und Landbaumaschinen werden schwere Arbeitsgeräte beweglich mit dem Antriebsfahrzeug verbunden. Als Verbindungselement zwischen dem Arbeitsgerät und dem Antriebsfahrzeug wird ein so genannter Anbaurahmen verwendet. Der Anbaurahmen weist mindestens einen Lagerbolzen auf, der quer zur Fahrtrichtung des Antriebsfahrzeuges verlaufend angeordnet ist. Der Anbaurahmen mit den Lagerbolzen dient zur beweglichen Verbindung des Arbeitsgerätes mit dem Antriebsfahrzeug. Der Anbaurahmen kann elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Leitungen aufnehmen.

[0003] Mittels des Anbaurahmens können verschiedenartige Arbeitsgeräte austauschbar mit dem Antriebsfahrzeug verbunden werden. Der oder die Lagerbolzen dienen zur Lagerung des Arbeitsgerätes. Der Lagerbolzen überträgt die Kräfte von dem Antriebsfahrzeug zum Arbeitsgerät. Das Arbeitsgerät ist beweglich um eine quer zur Fahrtrichtung des Antriebsfahrzeuges verlaufende Achse durch die oder den Lagerbolzen angeordnet. An den Lagerbolzen werden höchste Ansprüche bezüglich Belastbarkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. gestellt.

[0004] Aus der US 3 876 091 ist ein Anbaurahmen zur Verbindung von Arbeitsgeräten mit einem Antriebsfahrzeug bekannt. Der Anbaurahmen besteht aus einem oberen und einem unteren Querbalken und zwei Seitenbalken, die zu einem Rahmen zusammengeschweisst sind. In den Seitenbalken sind wiederum Lagerblöcke eingeschweisst zur Aufnahme von Lagerbolzen, die mit den Armen des Antriebsfahrzeuges verbunden werden.

[0005] Die Herstellung des Anbaurahmens wäre kostengünstiger, wenn Herstellungsschritte wie das Einschweissen oder die mechanische Verbindung durch Verschrauben oder Verstiften des Lagerbolzens unterbleiben könnten. Das Umgiessen des Lagerbolzens aus Stahlguss mit dem Gusseisenwerkstoff des Rahmens hat sich in der Praxis als ungeeignet herausgestellt, weil beim Giessvorgang zwischen dem Bolzen und dem Rahmen keine garantiert form- und kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden kann. Die relativ grosse Masse des Stahlbolzens leitet beim Umgiessen die Wärme des Gusseisens zu schnell ab, so dass in dem relativ schmalen Verbindungsbereich kein sicheres Einschweissen des Lagerbolzens gewährleistet werden kann. Ein loser Einbau des Lagerbolzens mittels Sicherungsringen und -Stiften ist aufgrund des damit verbundenen Aufwandes, insbesondere bei Montage und Wartung, nicht Erfolg versprechend.

[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein möglichst kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen anzugeben, wobei der Schweissvorgang bzw. die mechanische Verbindung eingespart werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist, wobei das integrierte Bauteil gleichzeitig mit dem übrigen Gussteil gegossen wird und wobei das integrierte Bauteil nach dem Giessvorgang einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.

[0008] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0009] Es ist von Vorteil, dass das Gussteil mit dem integrierten Bauteil eine möglichst hohe Lebensdauer aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass das integrierte Bauteil eine Oberflächenbehandlung eine Oberflächenhärtung mit einer Härte grösser als 50 HRC aufweist. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenbeschichtung mit einer Härte grösser als 50 HRC aufweist. Im Bereich des integrierten Bauteiles weist die härtere Schicht nach der Oberflächenbehandlung in vorteilhafter Weise eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm auf.

Ausführungsbeispiel

[0010] Ein Anbaurahmen, der zwischen einer schweren Antriebsmaschine und einer Hebevorrichtung eingebaut wird, wird aus einem Guss aus einer Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit gegossen. Der oder die Lagerbolzen wird/werden gleichzeitig mit den übrigen Bereichen des Anbaurahmens gegossen. Der Giessvorgang wird als Formguss in eine Form aus einem wieder verwendbaren Material, beispielsweise einer Sandform, durchgeführt. Das fertige Gussteil weist ein Gewicht von einigen hundert Kilogramm auf. Nach dem Giessen, dem Auspacken und dem Reinigen wird der Anbaurahmen im Bereich des Lagerbolzens, der einen Durchmesser von beispielsweise 60 mm aufweist, mit einer metallischen Verschleissschicht beschichtet.

[0011] Die Beschichtung erfolgt in einem Lichtbogen-Meiallspritzverfahren oder in einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel). Die Beschichtung im Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren zeichnet sich aus durch eine hohe Aufprallgeschwindigkeit der Beschichtungspartikel bei einem möglichst niedrigen Energieeintrag. Die Beschichtungspartikel werden in einem Brenner aufgewärmt und im Abgasstrom beschleunigt. Der Abstand zwischen dem Brenner und dem zu beschichtenden Bauteil sowie die punktuelle Verweildauer des Beschichtungsstrahles werden so gewählt, dass die Temperatur an der Oberfläche des Gussteiles mit etwa 200 °C deutlich unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur bleibt. Das unterliegende Substrat wird bei der Beschichtung metallurgisch nicht oder nur geringfügig verändert.

[0012] Als Beschichtungswerkstoff wird ein Metallpulver verwendet, das zu 67 Gew.% aus Wolframkarbid mit einer definierten Korngrössenverteilung und zu 33 Gew.% aus einer Chrom-Nickel-Bor-Silizium-Legierung besteht. Die Schichtdicke der Beschichtung nach dem Flammspritzen beträgt mindestens 0,1 mm. Um Unebenheiten des Gussteiles auszugleichen und um bei der nachfolgenden Bearbeitung genügend Materialreserve zu haben, wird vorzugsweise mindestens 0,3 mm beschichtet.

[0013] Die Beschichtung weist gute dielektrische und somit gute Antikorrosionseigenschaften auf. Durch die definierte Korngrössenverteilung des Wolframkarbids wird eine sehr kompakte und undurchlässige Schicht erzeugt. Die Oberflächenhärte der Beschichtung des Lagerbolzens beträgt mindestens 50 HRC, vorzugsweise 60 HRC. Belastungsversuche des so behandelten Anbaurahmens zeigen eine Haftfestigkeit der Schicht von mindestens 50 MPa. Die Korrosionsbeständigkeit wurde in einem 240 Stunden dauernden Salzsprühnebel getestet. Die Beständigkeit ist gut bis sehr gut und die beschichtete Oberfläche zeigt keine Rosterscheinungen, keine Unterkorrosion oder Schalenbildung.

[0014] Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann ein hochbelastbarer Anbaurahmen mit einer hohen Lebensdauer kostengünstig hergestellt werden. Es wird nur ein Gusswerkstoff für den gesamten Anbaurahmen eingesetzt. Im Gussteil können Bauteile, die bereichsweise einem grösseren Verschleiss ausgesetzt sind, integriert werden. Durch die Integration des Lagerbolzens in dem Anbaurahmen werden Form- und Kraftschluss gewährleistet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen, wobei das integrierte Bauteil bereichsweise eine wesentlich höhere Oberflächenhärte als das übrige Gussteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Bauteil gleichzeitig mit dem übrigen Gussteil gegossen wird und dass das integrierte Bauteil nach dem Giessvorgang einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenhärtung mit einer Härte grösser als 50 HRC umfasst.

3. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Oberflächenbeschichtung mit einer Härte grösser als 50 HRC umfasst.

4. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung eine Schichtdicke von mindestens 0,1 mm umfasst.

5. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (= HVOF) erzeugt wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mit einem Wolframkarbid enthaltenden Metallpulver mit der Zusammensetzung WC-NiCrBSi 67-33 durchgeführt wird.

7. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil mit dem integrierten Bauteil aus einer Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit hergestellt wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit integrierten Bauteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil als Anbaurahmen für schwere mechanisch angetriebene Maschinen mit einem integrierten Lagerbolzen verwendet wird.