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Die
Erfindung betrifft ein Verschleißschutz-Segment zur Befestigung
an einem gegen Verschleiß zu
schützenden
Maschinenteil mit einer duktilen Grundplatte und mindestens einer
von der Grundplatte getragenen Panzerschicht aus karbidhaltigem,
hochlegiertem Material,
sowie
ein verschleißgeschütztes Maschinenteil
mit einer Vielzahl derartiger Verschleißschutz-Segmente.
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Verschleißprobleme
gibt es in den unterschiedlichsten Maschinen im Bereich der mechanischen
Aufarbeitung, so zum Beispiel in Maschinen zum Zerkleinern, Mischen,
Trennen, Fördern,
Waschen oder für
Kombinationen dieser Vorgänge.
In solchen Maschinen tritt an einzelnen Maschinenelementen Verschleiß auf, der
früher
oder später
zur Verschlechterung der Funktion, zur Erhöhung des Ausschusses, zur Verminderung
der Qualität
oder allgemein zu Kostensteigerungen führt. Die Maschinenelemente
verlieren durch Veränderung
ihrer Geometrie ihre Funktionsfähigkeit.
Man spricht dann davon, daß der
konstruktiv eingebaute Abnutzungsvorrat erschöpft ist. Dieser ist unabhängig vom
verwendeten Werkstoff. In jedem Falle muß nach Verbrauch der eingebauten
Abnutzungsdicke das fragliche Maschinenelement ausgewechselt werden.
Eine Verlängerung
der Lebensdauer dieser Maschinenelemente kann deshalb nur dadurch
erzielt werden, daß Werkstoffe
mit einem höherem
Abriebwiderstand eingesetzt werden, die bei einer vorgegebenen Verschleißdicke eine
längere
Lebensdauer ermöglichen.
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Für die Herstellung
derartiger Maschinenelemente werden bisher Werkstoffe aus drei unterschiedlichen
Werkstoffgruppen ausgesucht. Die erste dieser Werkstoffgruppe umfaßt Hartmangan-Stähle mit
ca. 1,4% Kohlenstoff und 14% Mangan. Diese Werkstoffe werden für große Bauteile
verwendet, die nicht nur dem Abrieb sondern höheren mechanischen Beanspruchungen
unterliegen, so z. B. für Pralleisten,
Prallmühlen,
Backen in Backenbrechern, Auskleidungen für Kegelbrecher usw.
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Bei
der zweiten Werkstoffgruppe handelt es sich um legierten Stahlguß, der einen
höheren
abrasiven Widerstand als die erste Werkstoffgruppe bei gleichzeitig
geringerer Zähigkeit
aufweist. Aus diesen Werkstoffen wurden bisher z. B. Baggerkübel, Mischerarme,
Kieswaschbeläge
und Auskleidungen für
Prallmühlen
gefertigt.
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Die
dritte Werkstoffgruppe schließlich
ist diejenige mit dem höchsten
abrasiven Widerstand. Es handelt sich dabei um die weißen Gußeisen,
in denen Kohlenstoff in Form von Karbiden im Gefüge auftritt. Aus solchen Werkstoffen
können
Mischerschaufeln, Beläge
für Ziegeleischnecken,
Schlagleisten für Sekundärbrecher,
Pumpengehäuse,
Flügelräder für Pumpen,
Siebbeläge
usw. hergestellt werden. Diese Werkstoffgruppe hat aber den Nachteil,
fast keine Dehnung aufzuweisen. Sie ist daher nur bei mäßiger mechanischer
Beanspruchung des Bauteiles einsetzbar.
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Eine
besondere Form der Verwendung der letztgenannten Werkstoffgruppe
ist die sogenannte "Hartpanzerung".
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Hier
werden auf einen zähen
Grundkörper meist
ein bis drei Lagen einer harten, karbidhaltigen Panzerung aufgebracht.
Diese Methode findet bei einzelnen Maschinenelementen wie Baggerzähnen, Schnecken
in Ziegeleien, Brecher im Hüttenwerk, Gichtglocken
usw. Einsatz. Durch den geschilderten Verbund ergibt sich zwar ein
hoher Abriebwiderstand an der Oberfläche, gepaart mit hoher Zähigkeit
im Grundkörper.
Wegen des hohen manuellen Anteils an der Fertigung sind diese Formen
des Verschleißschutzes
jedoch sehr kostspielig.
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Zur
verschleißfesten
Auskleidung des Innenraumes von Mühlen und Mischern ist es auch
schon bekannt, kachelförmige
Platten einzusetzen, die unmittelbar nebeneinander angeordnet sind
und die jeweils aus einer duktilen Grundschicht und einer darüber im Wege
der Auftragschweißung
angebrachten Panzerung bestehen. Dieser Gedanke blieb aber auf den
genannten Einsatzzweck im wesentlichen beschränkt; außerdem steht nur verhältnismäßig wenig Verschleißmaterial
zur Verfügung.
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In
diesem Zusammenhang ist das in der
DE 42 10 910 C1 beschriebene Maschinenteil
zu sehen. Um größere ausnutzbare
Verschleißdicken
an den Maschinenteilen zu erzielen und auf diese Weise den konstruktiv
vorbereiteten Abnutzungsvorrat besser ausnutzen zu können, umfaßt dieses
bekannte Maschinenteil eine Mehrzahl von übereinandergestapelten Einzelelementen,
die jeweils aus einer duktilen Grundplatte und einer auftraggeschweißten Aufpanzerung
bestehen. Die verschiedenen Einzelelemente werden durch ein gesondertes
Verbindungselement zusammengehalten. Hier wird also für erforderlich gehalten,
für jede
Panzerschicht eine gesonderte duktile Grundschicht vorzusehen, da
das unmittelbare Aneinanderfügen
von Panzerschichten für
unmöglich
gehalten wird. Auf diese Weise läßt sich jedoch
in einem bestimmten Volumen des Maschinenteiles nur verhältnismäßig wenig
hochlegiertes, karbidhaltiges Material unterbringen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verschleißschutz-Segment der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß es einerseits mit Hochleistungsschweißverfahren
preiswert herstellbar ist, daß andererseits
aber keine unnötigen
Zwischenschichten aus duktilem Material und zusätzliche Verbindungselemente
erforderlich sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß
- a) die Gesamtabmessungen des Verschleißschutz-Segmentes
50 mm mal 500 mm nicht übersteigen;
- b) über
der Grundplatte folgende Schichten in folgender Reihenfolge aufgebracht
sind:
ba) eine Pufferschicht (4; 104; 204)
aus einer selbsthärtenden
Legierung mit Manganhartstahlcharakter oder einer 18/8/6-Legierung
oder einer Legierung mit ca. 29% Cr, 9% Ni, 0,2% C (Rest Eisen);
bb)
eine Aufbauschicht (5; 105; 205) aus
einer schweißharten
oder durch Schläge
härtbaren
Legierung mit einer Härte
zwischen 300 und 600 Brinell;
bc) mindestens eine Panzerschicht.
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Die
Erfindung fußt
auf der Erkenntnis, daß unter
Einhaltung bestimmter Bedingungen mehrere Panzerschichten übereinander
auf einer einzigen duktilen Grundschicht aufgebracht werden können: Zum
einen dürfen
die Abmessungen des so erhaltenen Verschleißschutz-Segmentes bestimmte Maximalwerte
nicht übersteigen,
da sonst die inneren Spannungen zu hoch würden. Diese Grenzen liegen erfindungsgemäß bei Gesamtabmessungen
von ungefähr
50 mm mal 500 mm. Darüber
hinaus ist eine bestimmte Schichtabfolge erforderlich, welche die sehr
unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der duktilen Grundplatte
und der Panzerschicht miteinander in Einklang bringt.
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Die
Pufferschicht kann vorzugsweise aus einer Legierung mit ca. 0,8
bis 1,4% C, 8 bis 20% Mn, 0 bis 3% Cr, 0 bis 3% Ni, 0 bis 3% Mo
(Rest Eisen) oder aus einer Legierung mit ca. 0,1% C, bis 6% Mn, ca.
18% Cr, ca. 8% Ni (Rest Eisen) bestehen.
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Die
Aufbauschicht wiederum besteht vorteilhafterweise 105; 205)
aus einer Legierung mit ca. 0,5% C, ca. 3% Mn, ca. 7% Cr, ca. 1%
Mo, ca. 0,4% Va (Rest Eisen) oder aus einer Legierung mit ca. 1,8%
C, ca. 2% Mn, ca. 7% Cr, ca. 0,6% Mo, ca. 5% Ti (Rest Eisen).
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Am
einfachsten besitzt der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Verschleißschutz-Segmente einen
quadratischen Querschnitt. Durch sogenanntes "formgebendes Auftragschweißen" lassen sich jedoch
grundsätzlich
beliebige Querschnittsformen erzielen, je nach den spezifischen
Anforderungen, die für
den konkreten Einsatzzweck an die Verschleißschutz-Segmente gestellt werden.
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Zweckmäßig ist,
wenn die Grundplatte jeden Verschleißschutz-Segmentes eine Befestigungseinrichtung
zur Befestigung am Maschinenelement trägt. Die eigentliche Befestigungsstelle
liegt dann nach der Montage am Maschinenelement außerhalb des
Verschleißangriffes,
so daß ein
verschleißbedingtes
Lösen des
Verschleißschutz-Segmentes nicht zu
befürchten
ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verschleißschutz-Segmentes zeichnet
sich dadurch aus, daß es
um eine Längsachse
rotationssymmetrisch ist und als Befestigungselement einen zu der
Längsachse
koaxialen Gewindebolzen aufweist, der in eine Gewindebohrung des Maschinenteils
einschraubbar ist. Durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung
des Verschleißschutz-Segmentes
ist die Drehposition, in welcher das Verschleißschutz-Segment sich nach dem Festziehen im
Maschinenteil befindet, ohne Bedeutung.
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Besonders
bevorzugt wird diejenige Ausgestaltung erfindungsgemäßer Verschleißschutz-Segmente,
bei welcher dieses mehrere übereinanderliegende
karbidhaltige Panzerschichten umfaßt, wobei der Karbidgehalt
der Panzerschichten mit zunehmendem Abstand von der Grundplatte
wächst.
Auch diese Form der "Gradierung" des mehrere Schichten umfassenden
Panzeraufbaues hat ihren Sinn im wesentlichen darin, zwischen benachbarten
Schichten keinen zu krassen Übergang
mechanischer Eigenschaften zuzulassen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein verschleißgeschütztes Maschinenteil
zu schaffen, bei welchem der Verschleißschutz auf preiswerte Art
zu bewerkstelligen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein verschleißgeschütztes Maschinenteil gelöst, welches
eine Vielzahl von Verschleißschutz-Segmenten
nach einem der Ansprüche
1 bis 5 trägt.
Die Vorteile dieses verschleißgeschützten Maschinenelementes
ergeben sich sinngemäß aus den
oben erläuterten
Vorteilen des erfindungsgemäßen Verschleißschutz-Segmentes.
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Die
Verschleißschutz-Segmente
können durchaus
in Abstand voneinander angeordnet sein. Für viele Anwendungszwecke ist
ein vollflächiges Abdecken
der Oberfläche
des Maschinenteiles durch Verschleißschutz-Segmente nicht erforderlich.
Hierdurch werden verständlicherweise
Kosten eingespart.
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Grundsätzlich ist
es aber selbstverständlich auch
möglich,
daß die
Verschleißschutz-Segmente auf
dem Maschinenteil unmittelbar aneinander anstoßen. Diese Form des Verschleißschutzes
wird insbesondere dann gewählt,
wenn das verschleißgeschützte Maschinenelement
nicht mit einem starren Körper
sondern mit kleinteiligem Material zusammenwirkt, welches in die
Zwischenräume
zwischen benachbarte Verschleißschutz-Segmente
eindringen könnte.
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Wenn
eine bündige
oder zumindest annähernd
bündige
Oberfläche
des verschleißgeschützten Maschinenteiles
gewünscht
wird, kann eine Ausgestaltung zum Einsatz kommen, bei der das verschleißgeschützte Maschinenteil
eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, in denen jeweils ein komplementär geformtes
Verschleißschutz-Segment
aufgenommen ist.
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Dabei
ist es wiederum in vielen Fällen zweckmäßig, wenn
die Ausnehmungen nicht in dem "nackten", zu schützenden
Maschinenteil selbst sondern in einer gesonderten Aufnahmeplatte
vorgesehen sind, die auf dem nackten Maschinenteil aufliegt. Werden
in einem solchen Falle die Zwischenräume der Aufnahmeplatte, die
zwischen den einzelnen Verschleißschutz-Segmenten verbleiben,
durch das Schleißgut
ausgewaschen, kann auch die Aufnahmeplatte leicht ausgetauscht werden.
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Wenn
die Aufnahmeplatte mit Hilfe der Befestigungsmittel der Verschleißschutz-Segmente
zwischen den Verschleißschutz-Segmenten
und dem "nackten" Maschinenteil verspannt
ist, werden für
sie keine gesonderten Befestigungsmittel benötigt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 ein
Maschinenelement mit daran in unterschiedlicher Weise befestigten
Verschleißschutz-Segmenten;
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1a und 1b zwei
weitere Ausführungsformen
von Verschleiß schutz-Segmenten,
die an dem Maschinenelement von 1 befestigt
werden können;
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2 ebenfalls
ein Maschinenelement mit einem Verschleißschutz, der eine Aufnahmeplatte mit
hierin angeordneten Verschleißschutz-Segmenten
umfaßt.
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 1 ein plattenförmiges Maschinenelement bezeichnet,
welches durch mehrere an ihm angeordnete Verschleißschutzsegmente 2a, 2b, 2c bzw. 2d an
seiner nach oben gerichteten Fläche
gegen Verschleiß geschützt ist.
In dem oberhalb des Maschinenelementes 1 gelegenen Bereich
unterscheiden sich die verschiedenen dargestellten Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d nicht.
Sie umfassen alle eine Grundplatte 3a bis 3d aus
verhältnismäßig zähem, duktilem
Material, deren Werkstoff der Gruppe "unlegierter oder legierter Stahlguß" angehört. Direkt überhalb
der Grundplatte 3a bis 3d ist eine Pufferschicht 4a bis 4d aufgebracht,
die aus einer der oben angegebenen Legierungen hergestellt ist und
deren Zweck in erster Linie darin besteht, die unterschiedlichen
mechanischen Eigenschaften der Grundplatte 3a bis 3d mit denjenigen
der weiter unten zu beschreibenden, darüber aufgebrachten weiteren
Schichten verträglich zu
machen.
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Oberhalb
der Pufferschicht 4a bis 4d befindet sich eine
Aufbauschicht 5a bis 5d, zu deren Material ebenfalls
oben schon nähere
Angaben gemacht worden sind und deren Sinn ebenfalls darin zu erblicken
ist, einen verträglichen Übergang
zwischen den verschiedenen Schichten unterschiedlicher mechanischer
Eigenschaften zu gewährleisten. Über der
Aufbauschicht 5a bis 5d befindet sich eine schwachlegierte
Panzerschicht 6a bis 6d, in der sich bereits Karbide,
wenn auch noch mit verhältnismäßig geringem
Gehalt, befinden. Die schwachlegierte Panzerschicht 6a bis 6d ihrerseits
wird von einer mittellegierten Panzerschicht 7a bis 7d abgedeckt, über der
sich schließlich
eine Hartpanzerschicht 8a bis 8d mit hohem Karbidgehalt
befindet. Das Material der drei Panzerschichten 6, 7, 8 ist
also so gewählt,
daß der
Karbidgehalt und damit die Härte,
gleichzeitig aber auch die Sprödigkeit,
von unten nach oben anwächst.
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Die
insoweit übereinstimmenden
Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d sind
in 1 zu Darstellungszwecken in unterschiedlicher
Weise an dem Maschinenelement 1 befestigt. In der Praxis
wird normalerweise an einem bestimmten Maschinenelement 1 immer
dieselbe Befestigungsart für
die eingesetzten Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d gewählt werden.
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Das
in 1 linke Verschleißschutz-Segment 2a weist
einen Stehbolzen 9 auf, der sich durch eine Durchgangsbohrung 10 des
Maschinenelementes 1 hindurch erstreckt und auf den gegen
die Rückseite
des Maschinenelementes 1 unter Zwischenschaltung einer
Beilagscheibe 11 eine Mutter 12 aufgedreht ist.
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Bei
dem zweiten Verschleißschutz-Segment 2b ist
an die duktile Grundplatte 3b ein Stift 13 angeformt,
der sich ebenfalls durch eine Durchgangsbohrung 14 des
Maschinenelementes 1 hindurch erstreckt, jedoch kein Gewinde
aufweist. Auf den Stift 13 ist eine ein Mittelloch aufweisende
Ringscheibe 15 aufgeschoben und in einer Position an dem
Stift 13 angeschweißt,
in welcher sie an der Rückseite
des Maschinenelementes 1 anliegt.
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Das
dritte Verschleißschutz-Segment 2c ist mit
einem sich von der duktilen Grundplatte 3c wegerstreckenden
Schaft 16 versehen, der ebenfalls durch eine Duchgangsbohrung 17 des
Maschinenelementes 1 hindurchgeführt ist und einen Längsschlitz 18 aufweist.
Zur Fixierung des Verschleißschutz-Segmentes 2c wird
durch den Schlitz 18 im Schaft 16 ein Keil (in
der Zeichnung nicht dargestellt) hindurchgetrieben, der sich an
der Rückseite
des Maschinenelementes 1 abstützt.
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Das
vierte Verschleißschutz-Segment 2d ist einfach
durch an der Grundplatte 3d angebrachte Schweißungen 19 mit
der nach oben zeigenden Fläche
des Maschinenelementes 1 verbunden.
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Die
Befestigungsarten der Verschleißschutz-Segmente 2a und 2c sind
also lösbar,
während
die Befestigungen der Verschleißschutz-Segmente 2b und 2d nicht
zerstörungsfrei
gelöst
werden können.
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Alle
Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d dürfen nicht
breiter als etwa 50 mm und nicht länger als 500 mm sein.
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Andernfalls
werden die Spannungen in den verschiedenen Schichten 3 bis 9 zu
groß.
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Die
Schichten 4 bis 8 der verschiedenen Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d werden
alle in einem automatisierten Hochleistungs-Schweißverfahren
auf der duktilen Grundplatte 3 aufgebracht. Auf diese Weise
lassen sich die einzelnen Verschleißschutz-Segmente preiswert
herstellen; Handarbeit wird weitgehend erübrigt.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen
Verschleißschutz-Segmente 2a bis 2d in
gegenseitigem Abstand voneinander auf dem Maschinenelement 1 aufgebracht.
Sie sind im Querschnitt rechteckig. Beide Merkmale sind jedoch nicht
notwendig.
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So
zeigt etwa 1a ein Verschleißschutz-Segment 102b,
welches anstelle des Verschleißschutz-Segmentes 2b in
das Maschinenelement 1 von 1 eingesetzt
werden könnte.
Es unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Verschleißschutz-Segment 2b im
wesentlichen dadurch, daß die
auf der Grundplatte 103b aufgebrachten Schichten 104b bis 109b durch "formgebende" Auftragschweißung entstanden
sind, derart, daß der Querschnitt
dieses Schichtaufbaus trapezförmig
ist. Ein zweiter Unterschied liegt darin, daß in dem Verschleißschutz-Segment 102b zwei
Hartpanzerschichten 108b, 109b im obersten Bereich
vorhanden sind.
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Das
in 1b dargestellte Verschleißschutz-Segment 102c könnte grundsätzlich anstelle des
Verschleißschutz-Segmentes 2c in
das Maschinenelement 1 von 1 eingebaut
werden. Es unterscheidet sich von diesem in dreierlei Hinsicht:
Zunächst ist
die Basisabmessung der Grundplatte 103c so groß, daß, identische
Verschleißschutzsegmente 102c in
das Maschinenelement 1 eingesetzt, zwischen diesen kein
Abstand mehr verbliebe. Zum zweiten ist das Verschleißschutz-Segment 102c ähnlich wie
das Verschleißschutz-Segment 102b formgebend
aufgebaut und zwar diesmal in einer Weise, daß der oberhalb des Maschinenelementes 1 zu
liegen kommende Schichtaufbau den Querschnitt eines Dreiecks aufweist.
Schließlich
und drittens ist auch das Verschleißschutz-Segment 102c nicht
nur mit einer sondern mit zwei Hartpanzerschichten 108c und 109c versehen.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Verschleißschutz-Einrichtung
dargestellt, welche sich etwas stärker von der Art des in 1 gezeigten Verschleißschutzes
unterscheidet.
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Das
vor Verschleiß zu
schützende
Maschinenelement ist in 2 mit den Bezugszeichen 201 gekennzeichnet.
Es besteht wiederum aus einem verhältnismäßig weichen, duktilen Material.
Auf der oberen Oberfläche
des Maschinenelementes 201 ist, parallel hierzu, eine Aufnahmeplatte 220 aufgelegt, die
ebenfalls aus weichem, duktilem Material besteht. Sie weist an ihrer
oberen, vom Maschinenelement 201 abgewandten Fläche eine
Vielzahl halbkugeliger Ausnehmungen 221 auf. Vom tiefsten
Punkt dieser halbkugelförmigen
Ausnehmungen 221 führt eine
Durchgangsbohrung 222 durch die Aufnahmeplatte 222 und,
hierzu koaxial, eine Gewindebohrung 223 durch das Maschinenelement 201 hindurch.
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In
jeder Ausnehmung 221 der Aufnahmeplatte 220 ist
ein Verschleißschutz-Segment 202 eingesetzt,
das in seiner Form komplementär
zu der Ausnehmung 221, im dargestellten Ausführungsbeispiel also
ebenfalls ungefähr
halb kugelförmig
ist. Das Verschleißschutz-Segment 202 umfaßt insgesamt
5 Schichten 203 bis 208, die den Schichten 3 bis
8 des Ausführungsbeispieles
von 1 in jeder Hinsicht entsprechen. Insoweit kann
auf die obigen Ausführungen
verwiesen werden.
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An
die nach unten weisende Fläche
der duktilen Schicht 203 der Verschleißschutz-Segmente 202 ist
jeweils ein Gewindebolzen 209 angeformt, der sich durch
die Durchgangsbohrung 222 der Aufnahmeplatte 220 hindurch
erstreckt und der in die Gewindebohrung 223 des Maschinenelementes 201 eingedreht
ist. Auf diese Weise findet nicht nur das jeweilige Verschleißschutz-Segment 202 seinen
Halt innerhalb der Ausnehmung 221 der Aufnahmeplatte 220. Vielmehr
wird gleichzeitig die Aufnahmeplatte 220 gegen das Maschinenelement 201 geklemmt.
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Alle
oben beschriebenen Verschleißschutz-Segmente
zeichnen sich dadurch aus, daß aufgrund
der Verbundlösung,
dem gradierten Schichtaufbau und der bestimmte Obergrenzen nicht übersteigenden
Abmessungen die Bruchgefahr erheblich reduziert ist. Sollen höchst abriebfeste
Verschleißschutz-Segmente
erzielt werden, können
die beschriebenen Verschleißschutz-Segmente
mittels des WIG-Verfahrens
oberflächlich
aufgeschmolzen und in die so erhaltene Oberflächenschmelze Wolframkarbide
eingebracht werden.