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(11) | EP 2 555 890 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ZUMINDEST BEREICHSWEISE EINEN ERHÖHTEN VERSCHLEISSSCHUTZ AUFWEISENDEN GUSSWERKSTÜCKS METHOD FOR PRODUCING A CAST WORKPIECE HAVING INCREASED WEAR PROTECTION AT LEAST IN REGIONS PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE PIÈCE COULÉE PRÉSENTANT UNE RÉSISTANCE À L'USURE AMÉLIORÉE, AU MOINS PAR ENDROITS |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest bereichsweise einen erhöhten Verschleißschutz aufweisenden Gusswerkstücks nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Es ist ein seit langem bekanntes Problem, dass duktile Gusswerkstücke zwar hohe Schlagbeständigkeit und Zähigkeit aufweisen, jedoch nur geringe Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß besitzen. Umgekehrt sind sehr verschleißbeständige Werkstücke im Allgemeinen spröde und halten Schlagbeanspruchungen nicht stand. Daher sind schon viele Versuche unternommen worden, Verbundwerkstücke herzustellen, bei denen in eine duktile, schlagbeständige Matrix verschleißbeständige Einlagen aus Hartmaterial eingebettet sind.
[0003] Ein Verfahren ähnlich dem der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 841 990 B1 bekannt. Hier wird eine perforierte oder schwammartig ausgebildete Keramik-Einlage verwendet, wodurch beim Gießvorgang der Gießwerkstoff in die Öffnungen und Poren der Einlage eindringt. Es ist bei diesem Verfahren nicht ganz einfach, Einlagen mit der gewünschten Schichtdicke und der gewünschten Form preiswert herzustellen.
[0004] Aus der EP 0 670 441 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden, welches die Herstellung von Gleitlagern beschreibt, die einerseits verschließarm und andererseits reibungsarm sind. Dabei wird ein aus Hartstoff hergestellter Formkörper mit offenen Hohlräumen derart umgossen, dass die Hohlräume mit Leichtmetall infiltriert werden. Der Formkörper kann gegebenenfalls auf einem Substrat aufgebracht sein. Hinweise, wie bei Gusswerkstücken mit anderen gegen Verschleiß zu schützenden Oberflächengeometrien vorgegangen werden kann, sind der EP 0 670 441 A1 nicht zu entnehmen.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Form der Einlage an die Form der zu schützenden Werkstückoberfläche gut anpassbar ist.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren gelöst.
[0007] Wie im Stand der Technik an sich bekannt, wird zunächst eine zweischichtige Struktur hergestellt, die gewissermaßen als Träger eine hitzebeständige Fasermatte besitzt, auf welche die in Bindemittel gebundenen Keramikpartikel aufgebracht sind. Die Dicke der Keramikpartikel-Schicht kann auf diese Weise sehr gut bestimmt werden.
[0008] Erfindungsgemäß weisen die Keramikpartikel eine mittlere Korngröße zwischen 0,2 und 4 mm auf. Die Untergrenze der mittleren Korngröße wird im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass die Infiltrationsfähigkeit der Keramikhaltigen Schicht nicht in Frage gestellt werden darf. Die Obergrenze der mittleren Partikelgröße ergibt sich daraus, dass eine ausreichende Bedeckungsdichte gewährleistet sein muss, um die gewünschte Verschleißbeständigkeit zu erzielen.
[0009] Durch Konfektionieren dieser zweischichtigen Struktur kann dann exakt diejenige Form hergestellt werden, die der Form des zu schützenden Oberflächenbereiches des Werkstückes (ggfs in eine Ebene abgewickelt) entspricht. Das Bindemittel entweicht im Allgemeinen beim Gießvorgang, während die Fasermatte als am Werkstück nach außen zeigende Schicht verbleiben kann. Diese wird im Gebrauch des Gusswerkstückes schnell verschlissen oder kann bei Bedarf auch vor dem Einsatz des Gusswerkstückes entfernt werden.
[0010] Besonders bevorzugt wird, wenn die mittlere Korngröße der Keramikpartikel 1 bis 2 mm beträgt.
[0011] Als Keramikmaterial kann insbesondere Zirkonoxid- oder Aluminiumoxid-Keramik eingesetzt werden. Derartige Partikel werden in der Schleifmittelindustrie eingesetzt und sind kommerziell preiswert erhältlich.
[0012] Als Bindemittel kann Wasserglas verwendet werden, das ebenfalls ein kostengünstiger und leicht handzuhabender Werkstoff ist.
[0013] Vorzugsweise wird als ausschließliches oder zusätzliches Bindemittel eine die Flexibilität der Einlage erhaltende Schlichte eingesetzt. Hierfür eignen sich beispielsweise Schlichten, wie sie bisher zur Versiegelung von schlecht ausgeschäumten Modellbereichen oder auch geschnittenen oder gefrästen Oberflächen eingesetzt werden. Eine derartige Schlichte ist unter dem Markennamen "Polyfiller S" von der Firma Ashland-Südchemie Kernfest GmbH, D-40721 Hilden, erhältlich.
[0014] Der Giesswerkstoff kann sowohl metallisch, also insbesondere Stahl, ein Buntmetall oder Aluminium, als auch ein Kunststoff sein.
[0015] Als Fasermatte kann grundsätzlich jedes "offenporige" textilartige Material eingesetzt weden, sofern nur die Hitzebeständigkeit gewährleistet ist. Bevorzugt werden Glasfasermatten. Es sind jedoch auch Matten aus entsprechendem Kunststoff denkbar.
[0017] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
- Figur 1
- einen Schnitt durch eine Einlage, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet;
- Figur 2
- einen schematischen Schnitt durch eine Gießform, in welche die Einlage der Figur 1 eingelegt ist.
[0018] Die Zeichnung zeigt, wie bei der Herstellung eines an einer Oberfläche vor Verschleiß zu schützenden Gegenstandes beispielhaft vorgegangen werden kann:
Zunächst werden Keramikpartikel, beispielsweise 40-prozentiges Zirkonkorund mit einer mittleren Korngröße zwischen 1 und 2 mm, mit 3-prozentigem Wasserglas und/ oder 3-prozentiger Schlichte "Polyfiller S" als Bindemittel vermischt. Diese Masse wird in einer Schicht 1 gewünschter Dicke auf eine Glasfasermatte 2 aufgebracht. Die mit Keramikpartikeln beschichtete Glasfasermatte 2 hat eine Dicke von 6 bis 8 Millimetern. Nach dem Aushärten des Bindemittels wird die so entstandene zweischichtige mattenartige Struktur konfektioniert. Es entsteht so die in Figur 1 dargestellte zweischichtige Einlage 9, die exakt an die Form der zu schützenden Oberfläche des Werkstückes angepasst ist. Aufgrund der oben erwähnten Schlichte wird die Einlage 9 nicht starr, sondern bleibt in gewissem Umfange flexibel, so dass sie gegebenenfalls auch gebogen werden kann.
[0019] Die Einlage 9 wird in eine herkömmliche Gießform 10 eingelegt, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Diese Gießform 10 umfasst einen Oberkasten 6 mit Eingusstümpel 3 und Eingusskanal 4 sowie Speiser 5. Im Unterkasten 7 sowie teilweise auch im Oberkasten 6 ist der der Form des gewünschten Werkstückes entsprechende Gießhohlraum 8 ausgebildet.
[0020] Die Einlage 9 wird an derjenigen Stelle der Wandung des Gießhohlraumes 8 befestigt, welche der zu schützenden Oberfläche des herzustellenden Werkstückes entspricht. Bei Verwendung einer Sandform kann dies beispielsweise durch Nageln geschehen. Nach Schließen der Gießform 10 wird das Werkstück in bekannter Weise mit metallischem Werkstoff abgegossen. Der flüssige metallische Werkstoff umschließt die Kermaikpartikel in der Schicht 1 der Einlage 2, wobei das Bindemittel im Wesentlichen verdampft. Das Werkstück ist nun an der zu schützenden Oberfläche mit einer Keramikpartikel-Schicht versehen, wodurch dort eine erhöhte Verschleissbeständigkeit erzielt wird. Dass das aus der Gießform 10 entnommene Werkstück in demjenigen Bereich, in dem sich die Einlage 9 befindet, die Schicht 2 aus Glasfasermatte besitzt, ist unschädlich, da diese im Gebrauch des Werkstückes rasch abgeschliffen wird.
wobei
a) Keramikpartikel mit einer mittleren Korngröße zwischen 0,2 und 4 mm mit mindestens einem Bindemittel vermischt werden;
b) die Mischung aus Keramikpartikeln und Bindemittel in einer bestimmten Schichtdicke auf eine hitzebeständige Fasermatte aufgebracht wird, wodurch eine zweischichtige Struktur entsteht;
c) nach dem Abbinden des Bindemittels aus der zweischichtigen Struktur eine Einlage (9) konfektioniert wird, deren Form der Form eines zu schützenden Oberflächenbereiches des Gusswerkstückes entspricht;
d) die Einlage (9) in dem Gießhohlraum (8) an derjenigen Stelle angebracht wird, die dem zu schützenden Oberflächenbereich des Gusswerkstückes entspricht;
e) der Gießhohlraum (8) mit dem Gießwerkstoff ausgegossen wird, wobei die Keramikpartikel in der Einlage (9) in dem Gießwerkstoff eingebettet werden.
wherein
a) ceramic particles having an average grain size of between 0.2 and 4 mm are mixed with at least one binding agent;
b) the mixture of ceramic particles and binding agent is applied to a heat-resistant fibre mat in a specific layer thickness, resulting in a two-layer structure;
c) after setting of the binding agent an insert (9) is constructed from the two-layer structure, the shape of the insert corresponding to the shape of a surface region of a cast workpiece to be protected;
d) the insert (9) is mounted in the casting cavity (8) at a location corresponding to the surface region of the cast workpiece to be protected;
e) the casting cavity (8) is filled with casting material, the ceramic particles in the insert (9) being embedded in the casting material.
sachant que
a) on mélange des particules céramiques d'une grosseur de grain moyenne comprise entre 0,2 et 4 mm avec au moins un liant ;
b) on dépose le mélange de particules céramiques et de liant dans une épaisseur de couche déterminée sur un mat de fibres résistant à la chaleur, de sorte qu'on obtient une structure bicouche ;
c) après la prise du liant, on confectionne à partir de la structure bicouche un insert (9) dont la forme correspond à la forme d'une région de surface à protéger de la pièce coulée ;
d) on place l'insert (9) dans l'empreinte de moulage (8) à l'endroit qui correspond à la région de surface à protéger de la pièce coulée :
e) on remplit l'empreinte de moulage (8) avec le matériau à couler, les particules céramiques contenues dans l'insert (9) étant alors incorporées dans le matériau à couler.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente