Abdeckung mit verschleißfester Oberfläche sowie Verfahren zu deren Herstellung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Abdeckung (10) aus Gusseisen mit mindestens einer Verkehrsfläche (20,16), wobei die Verkehrsfläche zumindest abschnittsweise eine durch Weißerstarrung des Gusseisens ausgebildete Verschleißschicht (30) aufweist. Die Verschleißschicht verfügt bevorzugt über eine Brinell-Härte größer als 275 HBW und kleiner als 350 HBW. Ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung (10) aus Gusseisen, wobei zuerst ein Formkörper hergestellt wird. Anschließend erfolgt ein Ausbilden einer Aktivierungsschicht (50) im Formkörper. Gusseisen wird derart eingefüllt, dass es an einer Kontaktfläche (60) der Aktivierungsschicht (50) zumindest teilweise weißerstarrt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abdeckung aus Gusseisen mit mindestens einer abriebbelasteten Fläche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Abdeckung.

[0002] Abdeckungen, Aufsätze, andere Gegenstände zur Linien-, und Punktentwässerung sowie Baumschutzroste bzw. Baumschutzsysteme werden im Straßenbau seit langem verwendet. Bevorzugt werden diese Bauteile aus Gusseisen hergestellt, da auf die Abdeckungen mitunter hohe Verkehrslasten wirken.

[0003] Aus Gründen der Verkehrssicherheit wird zusätzlich von diesen Gegenständen ein rutschhemmendes Verhalten gefordert. Eine Möglichkeit zur Herstellung der geforderten Rutschhemmung, ist die Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit mittels Verwendung von Verbundmaterialien. Dazu wird die Oberseite der Abdeckung mit einem Beton- oder kunstharzgebundenen Granulat beschichtet. Das Herstellverfahren für solche Abdeckungen ist aufwendig, da nach dem Gussprozess noch weitere Verfahrensschritte zur Fertigung einer solchen Abdeckung notwendig sind.

[0004] Problematisch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Abdeckungen ist häufig die Haltbarkeit der Oberflächenausgestaltung. Fahrzeuge oder Fußgänger, die sich über die Abdeckungen hinwegbewegen, führen an der Oberfläche der Abdeckungen zu einem nicht unbedeutenden Materialabtrag, der die Verkehrssicherheit gefährden kann.

[0005] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Abdeckung mit einer Verkehrs- bzw. einer Kontaktfläche zu schaffen, die den oben genannten Abriebbelastungen standhält. Weiterhin soll sie kostengünstig und einfach herzustellen sein.

[0006] Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie im Anspruch 6 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5 sowie 7 bis 11.

[0007] Bei einer Abdeckung aus Gusseisen mit mindestens einer abriebbelasteten Fläche, sieht die Erfindung vor, dass die abriebbelastete Fläche zumindest abschnittsweise eine Verschleißschicht aufweist und die Verschleißschicht teilweise durch eine Weißerstarrung des Gusseisens ausgebildet ist.

[0008] Bei der erfindungsgemäßen Abdeckung macht es keinen Unterschied, ob es sich um eine Schachtabdeckung, einen Einlaufrost, einen Aufsatz für Straßeneinläufe oder um ein Baumschutzsystem handelt. Durch die Ausbildung einer vergleichsweise dünnen Verschleißschicht, die durch weißerstarrtes Gusseisen ausgebildet ist, kann die Haltbarkeit solcher Abdeckungen signifikant erhöht werden. Die Erstarrung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen nach dem metastabilen System sorgt dafür, dass die Verschleißschicht härter ausgebildet ist, als das übrige Gusseisen, welches grauerstarrt ist.

[0009] Dabei muss nicht die vollständige Verschleißfläche aus weißerstarrtem Gusseisen ausgebildet sein. Vielmehr kann auch nur ein Teil der Verschleißfläche aus weißerstarrtem Gusseisen bestehen. Meliertes Gusseisen, das weiß und grau erstarrte Gefügebereiche nebeneinander enthält, eignet sich daher ebenso.

[0010] Die Bildung einer weiß erstarrten Gefügezone (Weißeinstrahlung) sorgt dafür, dass die erfindungsgemäße Abdeckung damit den Abriebbelastungen deutlich besser widerstehen kann als eine herkömmliche Abdeckung aus Gusseisen. Zudem ist eine solche Abdeckung kostengünstig herzustellen. Die abriebbelastete Fläche muss dabei nicht zwingend an der Oberseite der Abdeckung liegen. So ist zum Beispiel die Kontaktfläche der Abdeckung zum Rahmen ebenfalls einer erhöhten Abriebbelastung ausgesetzt.

[0011] Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Verschleißschicht derart, dass diese eine Brinell-Härte größer als 275 HBW und kleiner als 350 HBW besitzt. In diesem Härtebereich ist der Oberflächenabrieb bereits bestmöglich verhindert. Eine Härte über 350 HBW, lässt die Verschleißschicht spröde werden. Schnelle Impulsbelastungen zerstören diese dann nach und nach, was die Lebensdauer der gesamten Abdeckung negativ beeinflusst.

[0012] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verkehrsfläche eine Rutschhemmung aufweist, die durch eine feine Strukturierung im Gusseisen ausgebildet ist. In Kombination mit der weißerstarrten Verschleißschicht ist es so möglich, die Oberflächenrauhigkeit direkt im Gussprozess herzustellen. Die Strukturierung ist an ihrer Oberfläche im Gusseisen gut vor Abrieb geschützt und sorgt auch nach Jahren im Gebrauch noch für eine Rutschhemmung auf der Oberfläche der Abdeckung.

[0013] Die Strukturierung hat im Idealfall eine Riefelhöhe von 2 bis 8 mm. Bei einer Abdeckung mit einer bevorzugt so gewählten Riefelhöhe ist es möglich, die gesamte Strukturierung aus weißerstarrtem Gusseisen herzustellen. Dadurch wird die Haltbarkeit der Abdeckung nochmals verbessert.

[0014] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung aus Gusseisen umfasst die folgenden Schritte:

1. Herstellen eines Formkörpers für die Abdeckung;

2. Ausbilden einer Aktivierungsschicht im Formkörper;

3. Einfüllen von Gusseisen derart, dass das Gusseisen an der Kontaktfläche der Aktivierungsschicht zumindest teilweise weißerstarrt.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren schafft die Vorraussetzungen, eine Abdeckung allein aus Gusseisen herzustellen, die an ihrer Verkehrsfläche bzw. an der Kontaktfläche zwischen Deckel und Rahmen eine dauerhafte, abriebfeste Verschleißschicht aufweist.

[0016] In einem ersten Schritt wird dazu ein Formkörper hergestellt, welcher häufig aus tongebundenem Formsand besteht. Hauptbestandteile des Formsandes sind dabei Quarzsand, Gießereitone, diverse Kohlenstoffträger sowie Wasser. Über ein geeignetes Modell, das mit einem Rahmen, dem sogenannten Formkasten, umgeben ist, wird der Formsand zu einer gießfertigen Form verdichtet und bildet so den Formkörper.

[0017] Innerhalb des Formkörpers wird dann eine Aktivierungsschicht ausgebildet. Anschließend wird das Gusseisen derart eingefüllt, das es an der Kontaktfläche zur Aktivierungsschicht weißerstarrt. Die Weißerstarrung vollzieht sich dabei nicht durch das gesamte Gussteil, sondern nur an dessen der Aktivierungsschicht zugewandten Oberfläche. Dabei werden im Gusseisen die verschleißfesten Gefügebestandteile, wie z.B. Eisencarbid oder Ledeburit, kristallin ausgebildet. Diese Schicht kann dann als Verschleißschicht dienen und besitzt im Ideal eine Dicke von bis zu 5 mm. Die so ausgebildete Verschleißschicht verfügt über die notwendige Härte, um den Verkehrsbelastungen des täglichen Gebrauchs auch über viele Jahre hinweg zu widerstehen.

[0018] Die Aktivierungsschicht kann zum Beispiel aus chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen hergestellt sein, die die kristalline Ausbildung von Eisencarbid, Ledeburit oder anderen verschleißfesten Gefügebestandteilen an der Kontaktfläche zum Gusseisen sicherstellen. Als Beispiel für ein solches chemisches Element sei Tellur genannt. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass eine gleichmäßige Oberfläche der Aktivierungsschicht erreicht werden kann. Die kleinen Teilchen der chemischen Verbindungen lassen sich beliebig fein im Formkörper verteilen. Besonders bevorzugt werden die chemischen Elemente bzw. chemischen Verbindungen im Formkörper durch einlegen, aufsprühen, tränken, tamponieren oder aufstreuen aufgebracht. Dadurch lassen sich nahezu alle verwendbaren chemischen Verbindungen und chemischen Elemente leicht im Formkörper applizieren. Die Aktivierungsschicht ist dadurch an jede Oberfläche des Formkörpers anpassbar. Damit können erfindungsgemäß auch Abdeckungen mit komplizierten Geometrien durch das Verfahren hergestellt werden.

[0019] Eine andere, nicht minder vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Aktivierungsschicht im Formkörper durch eingelegte Kühlkörper oder eingelegte Kokillen ausgebildet ist. Die Weißerstarrung kann auch durch eine rasche Abkühlung des eingefüllten Gusseisens ausgebildet werden. Durch die Kühlkörper oder Kokillen wird an der Aktivierungsschicht eine schnelle Abkühlung erreicht, es kommt dort ebenfalls zur Weißerstarrung. Vorteilhaft bei dieser Verfahrensvariante ist, dass keine teuren Chemikalien wie z.B. Tellur benötigt werden. Auch ist die Aufbereitung des Formsandes einfacher und damit kostengünstiger, da keine Chemikalienrückstände aus diesem entfernt werden müssen.

[0020] Der Formkörper wird bevorzugt in einem Formkasten, bestehend aus einem Oberkasten und einem Unterkasten, ausgebildet. Zur Herstellung des Formkörpers werden der Oberkasten und der Unterkasten getrennt voneinander mit Formsand gefüllt. Im nächsten Arbeitsschritt fährt ein Presshaupt über den Ober- bzw. Unterkasten und verdichtet den Formsand zu einer harten, gießfertigen Formkörperhälfte. Ober- und Unterkasten werden dann aufeinandergelegt und mit einer Verklammerungseinrichtung gegen Auftriebskräfte während des Gießens gesichert. Der Formkörper ist nun im geschlossenen Formkasten zum Gießen bereit.

[0021] Nach dem Gießprozess können die Hälften einfach auseinandergenommen und der Rohling entnommen werden.

[0022] Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Aktivierungsschicht im Formkörper an einer jeweiligen Formkörperhälfte ausgebildet ist. Ober- und Unterkasten sind in diesem Verfahrensstadium noch nicht miteinander verbunden.

[0023] Die Herstellung der Aktivierungsschicht auf diese Art hat den Vorteil, dass die Formkörperhälften mit ausgebildeter Aktivierungsschicht direkt auf Fehler hin überprüft werden können. Teure Fehlgüsse werden somit vermieden, die Herstellung der Aktivierungsschicht wird erleichtert.

[0024] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1

eine Abdeckung mit einer durchgehenden Verschleißschicht;

Fig. 2

eine Abdeckung mit einer Verschleißzone;

Fig. 3

eine erfindungsgemäße Abdeckung im Formkasten.

[0025] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Abdeckung 10 mit zugehörigem Rahmen 18. Erkennbar ist an der Verkehrsfläche 20 eine Verschleißschicht 30 ausgebildet. Dabei ist erkennbar, dass die Verschleißschicht 30 nicht über die gesamte Bauteildicke ausgebildet ist. Die Randauflager 12 und die Rippen 14 der Abdeckung 10 sind an ihrer Oberseite ebenfalls nur mit einer konstanten, dünnen Verschleißschicht 30 beschichtet. Die weißerstarrte Verschleißschicht 30 besitzt dabei über den gesamten Oberflächenverlauf annähernd eine gleichbleibende Dicke. Dies gilt für die Bereiche der Riefeltäler RT und die Bereiche der Riefelkuppen RK gleichermaßen. Die zwischen Riefeltal RT und Riefelkuppe RK definierte Riefelhöhe RH hat dabei auf die Dicke der Verschleißschicht 30 keinen Einfluss. Weiterhin zeigt Fig. 1, dass an einer Kontaktfläche 16 der Abdeckung 10 zum Rahmen 18 ebenfalls eine Verschleißschicht 30 ausgebildet sein kann.

[0026] Fig. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zur Figur 1 ist hier jedoch nur die Verschleißschicht 30 in einem Verschleißbereich VB ausgebildet. Die aufwendige Herstellung der Verschleißschicht 30 kann somit für Bereiche, die weniger hohen Abriebbelastungen ausgesetzt sind, entfallen. Die Auflagerbereiche (Kontaktflächen 16) der Abdeckung 10 sind auch hier mit einer Verschleißschicht 30 ausgebildet.

[0027] Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Abdeckung 10, die sich noch im Formkasten 40 befindet. Dabei liegt die Abdeckung 10 mit der Verschleißschicht 30 im Unterkasten 44. Die Randauflager 12 sowie die Rippen 14 erstrecken sich bis in den Oberkasten 42. Der Formkasten 40 umgibt mit seinem Formsand 48 die gesamte Abdeckung 10. Im Unterkasten 44 ist eine Aktivierungsschicht 50 ausgebildet. An der Kontaktfläche 60 der Aktivierungsschicht 50 zur späteren Verkehrsfläche ist die Verschleißschicht 30 weißerstarrt. Das Gusseisen gelangt über einen Eingusstrichter 49 und ein Lauf- und Anschnittsystem 46 in den Formkörper. Nach Erstarrung des Gusseisens können Oberkasten 42 und Unterkasten 44 an der Achse A zur Modellteilung voneinander getrennt werden. Die Abdeckung 10 kann dann aus dem Formkasten 40 entnommen werden.

[0028] Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Beispielsweise können auch Ober- und Unterkasten im Gießverfahren vertauscht werden. Auch kann die Lage der Aktivierungsschicht variiert werden.

[0029] Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

[0030] 

10

Abdeckung

12

Randauflager

14

Rippen

16

Kontaktfläche

18

Rahmen

20

Verkehrsfläche

30

Verschleißschicht

40

Formkasten

42

Oberkasten

44

Unterkasten

46

Lauf- und Anschnittsystem

48

Formsand

49

Eingusstrichter

50

Aktivierungsschicht

60

Kontaktfläche

RT

Riefeltal

RK

Riefelkuppe

RH

Riefelhöhe

VB

Verschleißbereich

A

Achse zur Modellteilung

Ansprüche

1. Abdeckung (10) aus Gusseisen mit mindestens einer abriebbelasteten Fläche (20, 16), dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (20, 16) zumindest abschnittsweise eine Verschleißschicht (30) aufweist und die Verschleißschicht (30) teilweise durch eine Weißerstarrung des Gusseisens ausgebildet ist.

2. Abdeckung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (30) eine Brinell-Härte größer als 275 HBW und vorzugsweise kleiner als 350 HBW aufweist.

3. Abdeckung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abriebbelastete Fläche (20) eine Rutschhemmung aufweist.

4. Abdeckung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschhemmung durch eine feine Strukturierung im Gusseisen ausgebildet ist.

5. Abdeckung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung eine Riefelhöhe (RH) von 2 bis 8 mm aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung (10) aus Gusseisen umfassend die folgenden Schritte:

1. Herstellen eines Formkörpers für die Abdeckung (10);

2. Ausbilden einer Aktivierungsschicht (50) im Formkörper;

3. Einfüllen von Gusseisen derart, dass das Gusseisen an der Kontaktfläche (60) der Aktivierungsschicht (50) zumindest teilweise weißerstarrt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschicht (50) aus chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen hergestellt ist, die die kristalline Ausbildung von Eisencarbid, Ledeburit oder anderen verschleißfesten Gefügebestandteilen an der Kontaktfläche zum Gusseisen sicherstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chemischen Elemente oder chemischen Verbindungen im Formkörper durch einlegen, aufsprühen, tränken, tamponieren oder aufstreuen aufgebracht sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschicht (50) zumindest teilweise im Formkörper durch eingelegte Kühlkörper oder eingelegte Kokillen ausgebildet ist.

10. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper in einem Formkasten (40) mit einem Oberkasten (42) und einem Unterkasten (44) ausgebildet wird.

11. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschicht (50) an einer Formkörperhälfte ausgebildet ist.

Zeichnung