DE102004039172B3

DE102004039172B3 - Verfahren zur Herstellung von mit Mineralguß ausgekleideten Maschinenteilen und Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102004039172B3
Application number: DE200410039172
Authority: DE
Inventors: Thorsten Noack; Horst-Günther Noack
Original assignee: NOMIG GmbH
Current assignee: NOMIG GmbH
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: DE102004039172C5

Abstract

Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von mit Mineralguß ausgekleideten Maschinenteilen, bei denen der Mineralguß in ein als Gießform dienendes Maschinenelement (1) gegossen wird und nach seinem Aushärten ein Auskleidungselement (2) bildet, kann es zu Spannungsrissen des Auskleidungselements (2) kommen. DOLLAR A Das neue Verfahren sieht vor, daß vor dem Gießen des Mineralgusses die mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen (10) des Maschinenelements (1) mit einer dauerhaft verbleibenden Zwischenschicht (3) aus einem elastischen, kompressiblen Material beschichtet werden und daß die Zwischenschicht (3) mit einer Schichtdicke hergestellt wird, die größer ist als eine maximal vorliegende Oberflächenrauhigkeit der Innenflächen (10) des Maschinenelements (1). DOLLAR A Das Auskleidungselement (2) und das Maschinenelement (1) können sich in ausreichendem Umfang relativ zueinander bewegen, ohne daß dabei schädliche Spannungen auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest teilweise mit Mineralguß ausgekleideten Maschinenteilen, wobei der Mineralguß in flüssigem Zustand in wenigstens ein als Gießform oder Teil einer Gießform dienendes, das Maschinenteil oder einen Teil davon bildendes Maschinenelement gegossen wird und nach seinem Aushärten ein Auskleidungselement bildet.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der Schrift WO 2004/033919 A1 bekannt. Wesentlich ist bei diesem bekannten Verfahren, daß vor dem Ausgießen mit dem Mineralguß die Innenflächen des Maschinenelements mit einem Trennmittel behandelt werden. Trennmittel sind feste oder flüssige Stoffe, die die Adhäsionskräfte zwischen zwei aneinandergrenzenden Oberflächen, z.B. zwischen Formteil und Form, verringern, d.h. ihr Verkleben verhindern, indem sie zwischen beiden Oberflächen einen leicht trennbaren Film bilden. Durch die Verwendung des Trennmittels soll hier erreicht werden, daß zwischen dem Auskleidungselement und dem Maschinenelement keine feste Verbindung besteht, um Beschädigungen oder Zerstörungen des Auskleidungselements durch Temperaturunterschiede zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement zu vermeiden.

Als Nachteil des bekannten Verfahrens ist festzustellen, daß der gewünschte Erfolg nur dann eintritt, wenn die mit dem Mineralguß auszukleidenden Flächen des Maschinenelements nach seiner Herstellung schon glatt sind oder vor dem Auftragen des Trennmittels und vor dem Gießen des Auskleidungselements geglättet werden. Dieses Glätten der Oberflächen ist erforderlich, um die Oberflächenrauhigkeit der Oberflächen des Maschinenelements zu beseitigen, weil diese Oberflächenrauhigkeit zu einer formschlüssigen gegenseitigen Verankerung von Maschinenelement und Auskleidungselement trotz des Vorhandenseins des Trennmittels führen würde. Bei einem Maschinenelement mit rauher Oberfläche käme es dann trotz der Verwendung der Trennmittelschicht doch zu Schäden an dem Auskleidungselement infolge von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder anderen Einflüssen. Da üblicherweise und zum größten Teil die einschlägigen Maschinenteile und deren Elemente im Sandgußverfahren hergestellt werden, liegt bei diesen zwangsläufig immer eine rauhe Oberfläche vor. Deren Glättung ist sehr aufwendig und führt zu einer erheblichen Verteuerung der Herstellung der entsprechenden Maschinenelemente. Die Verwendung von Formen, die glatter sind als Sandgußformen, für das Gießen der Maschinenelemente würde ebenfalls zu einer erheblichen Verteuerung der Herstellung der entsprechenden Maschinenteile führen.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die die dargelegten Nachteile vermeiden und bei denen insbesondere gewährleistet ist, daß auch bei Maschinenelementen mit rauhen auszukleidenden Innenflächen das Auskleidungselement vor Schäden durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Auskleidungsele ment und Maschinenelement und durch andere Einflüsse sicher ist.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Gießen des Mineralgusses die mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen des Maschinenelements mit einer dauerhaft verbleibenden Zwischenschicht aus einem elastischen, kompressiblen Material beschichtet werden und daß die Zwischenschicht mit einer Schichtdicke hergestellt wird, die größer ist als eine maximal vorliegende Oberflächenrauhigkeit der Innenflächen des Maschinenelements.

Mit der Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß sowohl eine Verklebung als auch eine unmittelbare mechanische Verankerung zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement sicher ausgeschlossen wird. Die Zwischenschicht sorgt mit ihrer entsprechend der vorliegenden Oberflächenrauhigkeit ausgewählten Dicke dafür, daß zwischen der Innenfläche des auszukleidenden Maschinenelements und dem Auskleidungselement stets ein hinreichend großer Abstand eingehalten wird, der von der nachgiebigen Zwischenschicht ausgefüllt wird. Da die Zwischenschicht außerdem im Maschinenelement verbleibt, wird das Auskleidungselement mit ausreichender Genauigkeit und Dauerhaltbarkeit relativ zum Maschinenelement gehalten. Gleichzeitig können sich aber das Auskleidungselement und das Maschinenelement aufgrund ihrer üblicherweise unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in ausreichendem Umfang relativ zueinander bewegen, ohne daß dabei schädliche Spannungen auftreten, die zu Rissen oder anderen Schäden insbesondere an dem Auskleidungselement führen könnten. Gleichzeitig kann die Zwischenschicht, da sie dauerhaft im Maschinenteil verbleibt, dazu genutzt werden, ein mit dem Auskleidungselement in Kontakt tretendes Medium, z.B. eine aggressive oder korrosive Flüssigkeit, von der Innenfläche des Maschinenelements fernzuhalten. Damit erfüllt die Zwischenschicht noch eine zweite Funktion, nämlich einen Schutz des Maschinenelements vor schädlichen Einflüssen durch ein im Einsatz des Maschinenteils darin befindliches aggressives oder korrosives Medium. Das Maschinenelement muß vorteilhaft an seinen mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen nicht glättend bearbeitet werden, sondern kann unbearbeitet, d.h. so wie es aus der Sandgußform kommt, mit der Zwischenschicht und dann mit dem Auskleidungselement versehen werden. Eine aufwendige und teure Bearbeitung der Innenflächen des Maschinenelements wird so vermieden.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Zwischenschicht in zunächst flüssiger oder pastöser Form auf die Innenflächen aufgespritzt oder aufgesprüht oder aufgestrichen oder aufgegossen wird und dann aushärtet. Auf diese Arten kann die Zwischenschicht zügig in der jeweils gewünschten und benötigten Dicke auf die Innenflächen des Maschinenelements aufgebracht werden, wobei sich die Zwischenschicht automatisch an die Form der Innenflächen anpaßt.

Alternativ kann die Zwischenschicht in fester Form als Matte auf die Innenflächen aufgeklebt werden. Hier ist zwar der Arbeitsaufwand für das Anbringen der Zwischenschicht etwas höher, jedoch können hier Materialien für die Zwischenschicht verwendet werden, die nicht in flüssiger oder pastöser Form auftragbar sind.

Eine zweite Lösung der oben gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß vor dem Gießen des Mineralgusses auf den mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen des Maschinenelements eine vorübergehend vorhandene Abstandshalteschicht angebracht wird,
daß die Abstandshalteschicht mit einer Schichtdicke hergestellt wird, die größer ist als eine maximal vorliegende Oberflächenrauhigkeit der Innenflächen des Maschinenelements, und
daß die Abstandshalteschicht nach dem Gießen und An- oder Aushärten des Mineralgusses zur Bildung eines Spaltraums zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement entfernt wird.

Auch mit dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft erreicht, daß sowohl eine Verklebung als auch eine unmittelbare mechanische Verankerung zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement sicher ausgeschlossen wird. Der Spaltraum sorgt mit seiner entsprechend der vorliegenden Oberflächenrauhigkeit ausgewählten Spaltweite dafür, daß zwischen der Innenfläche des auszukleidenden Maschinenelements und dem Auskleidungselement stets ein hinreichend großer Abstand eingehalten wird. Dadurch können sich das Auskleidungselement und das Maschinenelement aufgrund ihrer üblicherweise unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in ausreichendem Umfang relativ zueinander bewegen, ohne daß dabei schädliche Spannungen auftreten, die zu Rissen oder anderen Schäden insbesondere an dem Auskleidungselement führen könnten. Das Maschinenelement muß auch hier vorteilhaft an seinen mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen nicht glättend bearbeitet werden, sondern kann unbearbeitet, d.h. so wie es aus der Sandgußform kommt, mit der Abstandshalteschicht und dann mit dem Auskleidungselement versehen werden. Eine aufwendige und teure Bearbeitung der Innenflächen des Maschinenelements wird so auch hier vermieden.

Der Spaltraum kann komplett freigehalten werden; es muß nur durch Einsatz geeigneter Verbindungsmittel gewährleistet werden, daß das Auskleidungselement relativ zum Maschinenelement ausreichend festgelegt wird.

Alternativ ist vorgesehen, daß der Spaltraum zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement bereichsweise mit einer zu elastischen, kompressiblen Zwischenschichtbereichen erhärtenden Vergußmasse ausgefüllt wird und daß der Spaltraum in den verbleibenden Bereichen frei bleibt. Die Zwischenschichtbereiche sorgen hier dafür, daß das Auskleidungselement relativ zum Maschinenelement ausreichend festgelegt wird.

Bevorzugt ist weiter vorgesehen, daß im oder am freien Spaltraum oder in oder an dessen freien Bereichen zur Detektion von Undichtigkeiten des Auskleidungselements mindestens ein Sensor angebracht wird und daß der Sensor im Fall einer Undichtigkeit des Auskleidungselements ein entsprechendes Warnsignal auslöst. Auf diese Weise wird eine Undichtigkeit des Auskleidungselements, z.B. infolge eines Risses oder von Abnutzung, frühzeitig erkennbar, bevor von außen Schäden sichtbar werden. Folgeschäden am Maschinenelement, z.B. durch Korrosion infolge des Zutritts einer korrosiven, das Maschinenteil durchströmenden Flüssigkeit, werden so vermieden. Auch aufwendige Inspektionen des Inneren von Maschinenteilen, die mit Maschinenstillstand und -zerlegung verbunden sind, können so vermieden oder wenigstens vermindert werden. Durch die frühe Erkennung von Undichtigkeiten des Auskleidungsele ments wird das zugehörige Maschinenelement besser gegen Schäden geschützt und kann eine wesentlich längere Einsatzzeit erreichen, was oft erhebliche Kosten einspart. Der Sensor oder die Sensoren können z.B. auf Druckänderungen und/oder auf Flüssigkeitspegeländerungen und/oder auf das Auftreten von Feuchtigkeit ansprechen.

Alternativ oder zusätzlich dazu können der Spaltraum oder dessen offene Bereiche zur Detektion von Undichtigkeiten des Auskleidungselements über mindestens einen Leckageanzeigekanal mit der äußeren Umgebung verbunden werden. Bei alleiniger Verwendung stellt der Leckageanzeigekanal eine sehr einfache und preiswerte Möglichkeit zur Erkennung von Undichtigkeiten des Auskleidungselements dar. Bei Kombination mit einem oder mehreren Sensoren wird eine höhere Sicherheit, insbesondere bei Ausfall eines Sensors, erreicht.

Eine weitere Alternative sieht vor, daß der Spaltraum zwischen dem Maschinenelement und dem Auskleidungselement vollständig mit einer zu einer elastischen, kompressiblen Zwischenschicht erhärtenden Vergußmasse ausgefüllt wird. In dieser Version des Verfahrens wird die Zwischenschicht nicht sofort hergestellt, sondern nach Entfernen der ursprünglich vorhandenen, nur vorübergehend eingesetzten Abstandshalteschicht an deren Stelle eingebracht. Das mit dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Produkt entspricht anschließend dem Produkt, das mit dem oben angegebenen ersten Verfahren hergestellt wird. Damit werden auch mit dem Verfahren in dieser Version die gleichen Vorteile erreicht, die oben schon erläutert wurden. Die Verwendung einer vorrübergehend vorhandenen Abstandshalteschicht bietet auch noch den Vorteil, für die Zwischenschicht solche Materialien einsetzen zu können, die sich nicht mit dem Mineralguß in sei nem flüssigen, noch nicht ausgehärteten Zustand vertragen, z.B. wegen unerwünschter chemischer Reaktionen. Diese Unverträglichkeit tritt bei ausgehärtetem Mineralguß in der Regel nicht mehr auf, weil dieser dann praktisch nicht mehr chemisch aktiv ist.

Weiter ist vorgesehen, daß während des Entfernens der Abstandshalteschicht und während des Ausfüllens des Spaltraums mit der Vergußmasse das Maschinenelement und das Auskleidungselement mittels vorübergehend angebrachter Haltemittel in einer Soll-Lage relativ zueinander gehalten werden. Hiermit wird gewährleistet, daß die Zwischenschicht genau mit der Dicke erzeugt wird, die die zuvor vorhandene Abstandshalteschicht hatte, so daß unerwünschte Maßveränderungen, insbesondere zu dünne Bereiche der Zwischenschicht, vermieden werden.

Eine dazu alternative Ausgestaltung sieht vor, daß das Auskleidungselement in mindestens einem Bereich unmittelbar mit dem Maschinenelement verbunden wird. Separate Haltemittel werden hier nicht benötigt. Der Bereich der unmittelbaren Verbindung von Auskleidungselement und Maschinenelement wird zweckmäßig so plaziert, daß dort Temperaturänderungen und dadurch verursachte Maßänderungen von Auskleidungselement und Maschinenelement nicht zu schädlichen Spannungen führen.

Um die nur vorübergehende benötigte Abstandshalteschicht möglichst einfach entfernen zu können, wird für die Abstandshalteschicht bevorzugt ein auf schmelzbares Material verwendet, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Verarbeitungstemperatur des Mineralgusses und unterhalb der Schmelztemperaturen des Maschinenelements und des Auskleidungselements liegt. Hiermit wird vorteilhaft erreicht, daß das Material der Abstandshalteschicht nach dem Gießen und An- oder Aushärten des Mineralgusses einfach ausgeschmolzen werden kann.

In allen vorstehend erläuterten Versionen des Verfahrens kann für die Zwischenschicht ein Kunststoffmaterial eingesetzt werden. Kunststoffe sind mit unterschiedlichsten Eigenschaften verfügbar, so daß entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck des Maschinenteils ein geeignetes Kunststoffmaterial ausgewählt und verwendet werden kann, das sowohl die mechanischen als auch die chemischen und gegebenenfalls thermischen Ansprüche erfüllt.

Bevorzugt wird als Kunststoffmaterial ein Polyurethanwerkstoff oder Silikonwerkstoff eingesetzt. Diese Materialien sind auf der einen Seite gut verarbeitbar und bieten auf der anderen Seite die benötigten mechanischen und chemischen Eigenschaften, wobei die Eigenschaften mit relativ geringem Aufwand in gewünschter Weise variiert werden können.

Alternativ kann für die Zwischenschicht ein natürliches oder synthetisches Kautschukmaterial eingesetzt werden. Auch mit einem derartigen Material können die mechanischen, chemischen und gegebenenfalls thermischen Anforderungen erfüllt werden.

Bevorzugt wird als Kautschukmaterial ein Moosgummi eingesetzt, da dieses die gestellten Anforderungen in besonders guter Weise erfüllt. Dabei kann das Moosgummi insbesondere in Form von Matten verwendet werden, die auf die mit dem Auskleidungselement zu versehenden Innenflächen des Maschinenelements aufgeklebt werden.

Damit die Dicke der Zwischenschicht in jedem Falle sicher mindestens so groß ist wie das Maß der vorliegenden Ober flächenrauhigkeit der Innenflächen des Gehäuseteils, wird die Zwischenschicht zweckmäßig mit einer Schichtdicke zwischen 1 und 5 mm hergestellt. Selbst in ihrer geringsten hier angegebenen Dicke ist damit die Zwischenschicht noch um ein Vielfaches dicker als eine im Stand der Technik verwendete Trennmittelschicht, die nur einen Film zwischen den Innenflächen des Maschinenelements und dem Auskleidungselement bildet.

Bevorzugt ist weiter vorgesehen, daß ein einteiliges, ungeteiltes Gehäuseelement als Maschinenelement für die Herstellung des Maschinenteils eingesetzt wird. Hierdurch wird vorteilhaft vermieden, daß zwei oder noch mehr Teile eines Gehäuseelements miteinander dichtend verbunden werden müssen. Jede Verbindungs- und Dichtstelle stellt eine potentielle Schwachstelle eines Gehäuseelements dar, die möglichst zu vermeiden ist.

Um auch bei einem einteiligen Maschinenelement dessen Innenflächen mit ausreichender Genauigkeit mit dem Auskleidungselement versehen zu können, ist weiter vorgesehen, daß beim Gießen des Mineralgusses ein im Maschinenelement liegender Formkern mit einem mehrteiligen, harten Formkerninnenteil und einem einteiligen, elastischen oder harten Formkernmantel eingesetzt wird.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß der Formkerninnenteil vor dem Gießen des Mineralgusses aus Holz- und/oder Kunststoffteilen zusammengesetzt und zumindest an seinen mit dem Mineralguß in Kontakt kommenden Außenflächen mit einer den Formkernmantel bildenden Schicht aus Silikonmaterial oder aus metallischen Ausschmelzwerkstoffen überzogen wird. In dieser Ausführung des Verfahrens kann der Formkern auch bei relativ komplizierten Formen des Inneren des Maschinenelements mit relativ geringem Aufwand hergestellt und im Maschinenelement angeordnet werden. Mit dem Formkernmantel kann die abschließende äußere Formgebung des Formkerns mit der notwendigen Genauigkeit und zugleich mit relativ geringem Aufwand erfolgen. Die Verwendung von Silikonmaterial für den Formkernmantel sorgt dafür, daß nach dem Gießen des Auskleidungselements der Formkern problemlos vom Auskleidungselement getrennt werden kann. Bei Verwendung von metallischen Ausschmelzwerkstoffen für den Formkernmantel kann dieser nach dem Gießen und Erhärten des Auskleidungselements einfach ausgeschmolzen werden. Danach kann dann der Formkerninnenteil aus dem Maschinenelement entfernt werden.

Um eine exakte äußere Form des Formkerns zu gewährleisten, ist weiter vorgesehen, daß der Formkernmantel vorab in einer eigenen Gießform hergestellt und dann auf den Formkerninnenteil aufgezogen wird.

Ein weiterer Beitrag zur Erzielung günstiger Herstellungskosten für Maschinenteile mit einem Auskleidungselement aus Mineralguß besteht darin, daß zumindest der Formkerninnenteil des Formkerns nach dem Gießen des Mineralgusses zerstörungsfrei aus dem Maschinenelement entnommen und wiederverwendet wird. Der Formkerninnenteil oder dessen einzelne Teile sind so mehrmals für das Gießen von Auskleidungselementen verwendbar, was ein kostengünstigeres Herstellen erlaubt als der Einsatz von Formkernen, die nach jedem Gießvorgang zwecks Entfernung aus dem Maschinenelement zerstört werden müssen.

Damit das Maschinenelement und der Formkern während des Gießens des Auskleidungselements keine unerwünschten Bewegungen relativ zueinander ausführen können, ist weiter vorgesehen, daß der Formkern mittels einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise metallischen, Kernbefestigung und -zentrierung positioniert und während des Gießens des Mineralgusses gehalten wird.

Für alle Ausführungen der vorstehend beschriebenen Verfahren ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, daß für den Mineralguß ein Material mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Bindemittel eingesetzt wird. Hiermit wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß ein zeitraubendes und energieaufwendiges Erhitzen des Gehäuseteils mit dem eingegossenen Mineralguß für die Härtung des Mineralgusses nicht erforderlich ist. Mit dieser Energie- und Zeiteinsparung wird ein weiterer wesentlicher Beitrag dazu geleistet, das Verfahren in seiner Durchführung einfach und kostengünstig zu halten. Außerdem wird vorteilhaft die Verwendung von Formkernen, Zwischenschichten und Abstandshalteschichten ermöglicht, die keinen hohen Temperaturen, wie sie für die Aushärtung des Mineralgusses bei bekannten Verfahren angewendet werden, standhalten können.

In weiterer Ausgestaltung ist konkret vorgesehen, daß für den Mineralguß ein Material mit Siliciumcarbid als mineralischem Hauptbestandteil und einem Vinylesterharzsystem als Bindemittel eingesetzt wird. Die so hergestellten Auskleidungselemente sind mechanisch besonders hart und chemisch resistent und dadurch widerstandsfähig gegen abrasive, aggressive und korrosive Medien, wodurch eine lange Haltbarkeit des mit diesem Auskleidungselement versehenen Maschinenteils erzielt wird.

Besonders vorteilhaft verwendbar sind die Verfahren in ihren vorstehend beschriebenen Ausführungen für die Herstellung eines innenseitig mit einem Auskleidungselement aus Mineralguß ausgestatteten Pumpengehäuses für eine Pumpe zur Förderung von abrasiven, aggressiven und/oder korrosiven Medien. Andere Maschinenteile, die eine Auskleidung benötigen, sind selbstverständlich auch gemäß Erfindung herstellbar.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Maschinenelement in Form eines Gehäuseelements im Querschnitt, in der rechten Hälfte mit einem bei der Herstellung eingesetzten Formkern, und
2 ein zweites Maschinenelement in gleicher Darstellung wie in 1.
Die 1 der Zeichnung zeigt im Querschnitt ein Gehäuseelement 1, das hier ein Teil eines Pumpengehäuses ist. Die Schnittebene verläuft dabei in einer radialen Ebene des Gehäuseelements 1. In Draufsicht, also gemäß der 1 in Ansicht von links oder rechts, hat das Gehäuseelement 1 eine Spiralform.
In ihrer rechten Hälfte zeigt die 1 das Gehäuseelement 1 zusammen mit einem Formkern 4, der im Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 während des Gießens eines Auskleidungselements 2 aus Mineralguß angeordnet ist.
Nach dem Gießen und An- oder Aushärten des Auskleidungselements 2 wird der Formkern 4 aus dem Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 entfernt, wonach sich dann der in der linken Hälfte der 1 dargestellt Zustand des Gehäuseelements 1 ergibt.
Das Gehäuseelement 1 an sich wird üblicherweise als Gußteil in einer Sandform hergestellt, vorzugsweise aus Grauguß, Sphäroguß, Gußstahl oder Edelstahl. Alternativ kann das Gehäuseelement 1 auch aus Beton gegossen werden. Dabei kann das Gehäuseelement 1 auch ein aufzuarbeitendes, bereits im Einsatz gewesenes Bauteil sein, das zunächst von einem verschlissenen oder beschädigten Auskleidungselement befreit wird.
Vor dem Gießen des Auskleidungselements 2 wird die dem Innenraum 11 zugewandte Innenfläche 10 des Gehäuseelements 1 entweder mit einer Zwischenschicht 3 oder mit einer Abstandshalteschicht 3' versehen, ohne daß vorher die Innenfläche 10 des Gehäuseelements 1 glättend bearbeitet wird. Die Zwischenschicht 3 oder Abstandshalteschicht 3' wird vielmehr mit einer solchen Dicke aufgebracht, daß diese in jedem Falle mindestens so groß wie, vorzugsweise etwas größer als das Maß der jeweils vorliegenden Oberflächenrauhigkeit der Innenfläche 10 des Gehäuseelements 1 ist. Die jeweils vorliegende Oberflächenrauhigkeit ergibt sich aus dem Kornmaß des für die Sandform eingesetzten Formsandes oder wird durch geeignete, bekannte Meßverfahren an dem jeweils auszukleidenden Gehäuseelement 1 individuell ermittelt.
Für die elastische Zwischenschicht 3 wird beispielsweise ein Polyurethan-, Silikon- oder Gummimaterial verwendet. Dabei kann die Zwischenschicht 3 entweder in zunächst flüssiger oder pastöser Form aufgebracht werden, z.B. durch Aufsprühen oder Aufstreichen. Alternativ kann die elastische Zwischenschicht 3 auch in festem Zustand, z.B. in Form von Matten, aufgebracht werden, z.B. aufgeklebt werden.
Falls zunächst eine Abstandshalteschicht 3' aufgebracht wird, besteht diese bevorzugt aus einem ausschmelzbaren Material, z.B. auf Wachsbasis.
Nachfolgend wird im Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 mit Abstand von dessen mit der Zwischenschicht 3 oder Abstandshalteschicht 3' versehenen Innenfläche 10 der Formkern 4 angeordnet. Der Abstand entspricht der gewünschten Dicke des zu gießenden Auskleidungselements 2.
Der Formkern 4 besteht hier aus einem oder mehreren Formkerninnenteilen 40 und einem Formkernmantel 41. Der Formkerninnenteil 40 besteht aus einem formfesten, harten Material, z.B. Holz oder Kunststoff. An seiner äußeren Oberfläche ist der Formkerninnenteil 40 mit dem Formkernmantel 41 überzogen. Dieser Formkernmantel 41 besteht vorzugsweise aus einem Silikonmaterial und ist vorab durch ein Gießverfahren in einer separaten Gießform hergestellt. Alternativ kann der Formkernmantel 41 aus metallischen Ausschmelzwerkstoffen bestehen.
In den dann vorliegenden Freiraum zwischen der nach innen weisenden Oberfläche der Zwischenschicht 3 oder Abstandshalteschicht 3' und der nach außen weisenden Oberfläche des Formkernmantels 41 wird das Auskleidungselement 2 aus Mineralguß eingegossen. Der Mineralguß, der das Auskleidungselement 2 bildet, ist zunächst fließfähig und härtet dann aus. Er besteht beispielsweise aus einem mineralischen Bestandteil in Form von Siliciumcarbid und einem Vinylesterharzsystem als Bindemittel, wobei dieses vorzugsweise bei Raumtemperatur aushärtet.
Damit das Gehäuseelement 1 mit der Zwischenschicht 3 oder Abstandshalteschicht 3' auf der einen Seite und der Formkern 4 auf der anderen Seite ihre Soll-Position relativ zueinander während des Gießens des Mineralgusses beibehalten, wird eine Formkernzentrierung 43, vorzugsweise aus Metall, wie z.B. Stahl, eingesetzt, die ganz unten der Zeichnungsfigur teilweise sichtbar ist. Mit dieser Formkernzentrierung 43 ist über eine Formkernbefestigung 42 der Formkern 4 lösbar verbunden. Gleichzeitig ist über eine Gehäusebefestigung 42' auch das Gehäuseelement 1 lösbar mit der Zentrierung 43 verbunden.
Nach dem Gießen und Aushärten des Auskleidungselements 2 aus Mineralguß wird zunächst die Formkernzentrierung 43 nach Lösen der Formkernbefestigung 42 und Gehäusebefestigung 42' entfernt. Anschließend werden der Formkerninnenteil 40 und der Formkernmantel 41 aus dem Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 entfernt, wobei dies insbesondere bei mehrteiliger Ausführung des Formkerninnenteils 40 auch zerstörungsfrei erfolgen kann. Die einzelnen Elemente des Formkerninnenteils 40 können dann bei späteren Gießvorgängen wiederverwendet werden.
Nach dem Entfernen des Formkerns 4 mit seinem Formkernmantel 41 besitzt das Gehäuseelement 1 eine unter Zwischenlage der elastischen Zwischenschicht 3 oder Abstandshalteschicht 3' mit dem Auskleidungselement 2 ausgekleidete Innenfläche 10.
Sofern die Abstandshalteschicht 3' verwendet wird, wird diese entfernt, z.B. ausgeschmolzen, wonach dann der so entstandene Spaltraum mit einer zu einer elastischen, kompressiblen Zwischenschicht 3 erhärtenden Vergußmasse ausgefüllt wird.
In dem durch das Auskleidungselement 2 begrenzten Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 befindet sich bei dem fertigen Maschinenteil später beispielsweise ein Pumpenlauf rad, durch das ein flüssiges oder gasförmiges Medium gefördert wird. Das Auskleidungselement 2 schützt das Gehäuseelement 1, insbesondere dessen Innenfläche 10, gegen den Angriff des geförderten Mediums, das abrasiv, aggressiv und/oder korrosiv sein kann.
Die elastische, kompressible Zwischenschicht 3 erlaubt dabei begrenzte, jedoch ausreichende Relativbewegungen zwischen dem Gehäuseelement 1 einerseits und dem Auskleidungselement 2 andererseits. Solche Relativbewegungen treten beispielsweise infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Materialien auf, aus denen einerseits das Gehäuseelement 1 und andererseits das Auskleidungselement 2 bestehen. Auch durch innere und äußere, im Betrieb des Maschinenteils auf das Gehäuseelement 1 und/oder auf das Auskleidungselement 2 einwirkende Kräfte können sich unterschiedliche Bewegungen von Gehäuseelement 1 einerseits und Auskleidungselement 2 andererseits ergeben, die von der Zwischenschicht 3 so aufgenommen werden, daß weder im Gehäuseelement 1 noch im Auskleidungselement 2 unzulässige Spannungen, die zu Schäden führen können, entstehen. Zudem nimmt die Zwischenschicht 3 auch schon solche Spannungen auf, die möglicherweise beim Aushärten des Auskleidungselements 2 aus Mineralguß entstehen.
Vorteilhaft ist auch, daß die elastische, im Gehäuseelement 1 verbleibende Zwischenschicht 3 im Betrieb einer das Gehäuseelement 1 aufweisenden Maschine oder Anlage die darin auftretenden Schwingungen und Vibrationen aufnimmt und dämpft, so daß auch eine durch derartige Schwingungen und Vibrationen verursachte Beschädigungsgefahr für das Gehäuseelement 1 und sein Auskleidungselement 2 sowie Geräuschemissionen zumindest verringert werden.
2 der Zeichnung zeigt in gleicher Darstellungsweise wie die 1 ein zweites Gehäuseelement 1, das ebenfalls ein Teil eines Pumpengehäuses ist.
In der rechten Hälfte der 2 ist das Gehäuseelement 1 zusammen mit einem Formkern 4 dargestellt, der sich während der Herstellung des Auskleidungselements 2 im Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 befindet.
Der Formkern 4 umfaßt einen Formkerninnenteil 40 und einen dessen äußere Oberfläche darstellenden Formkernmantel 41. Der Formkerninnenteil 40 besteht auch hier aus einem harten Material, wie Holz oder Kunststoff, während der Formkernmantel 41 aus einem Silikonmaterial oder alternativ aus einem ausschmelzbaren metallischen Werkstoff besteht.
Der Formkern 4 wird mittels der Formkernzentrierung 43 relativ zu dem Gehäuseelement 1 in einer fixierten Lage gehalten, wozu eine Formkernbefestigung 42 und eine Gehäusebefestigung 42' dienen.
Auf die innere Oberfläche 10 des Gehäuseelements 1 ist, wie in der rechten Hälfte von 2 zu sehen, zunächst eine Abstandshalteschicht 3' aufgebracht, deren Auftrag erfolgt, bevor der Formkern 4 im Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 angeordnet wird. Die Abstandshalteschicht 3' besteht aus einem ausschmelzbaren Material, z. B. auf Wachsbasis. Nach dem Aufbringen der Abstandshalteschicht 3' auf die Innenfläche 10 des Gehäuseelements 1 und nach dem Anordnen des Formkerns 4, bestehend aus Formkerninnenteil 40 und Formkernmantel 41, im Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 wird das Auskleidungselement 2 aus Mineralguß gegossen. Bei diesem Gießvorgang wird der zunächst vorhandene Freiraum zwischen der zum Innenraum 11 weisenden Oberfläche der Abstandshalteschicht 3' und der nach außen weisenden Oberfläche des Formkernmantels 41 mit dem zunächst flüssigen Mineralguß ausgefüllt, der anschließend aushärtet. Nach einem ausreichenden Anhärten oder nach dem Aushärten des Mineralgusses des Auskleidungselements 2 kann der Formkern 4 mit dem Formkerninnenteil 40 und dem Formkernmantel 41 aus dem Innenraum 11 des Gehäuseelements 1 entfernt werden.
Wie die 2 zeigt, besitzen im hier dargestellten Beispiel das Auskleidungselement 2 und das Gehäuseelement 1 zwei unmittelbare Verbindungsbereiche 21, in denen das Auskleidungselement 2 unmittelbar in Kontakt mit dem Gehäuseelement 1 steht. In diesen Verbindungsbereichen 21 haftet der Mineralguß, der das Auskleidungselement 2 bildet, an dem Gehäuseelement 1, wodurch eine ausreichend feste Verbindung und Fixierung von Auskleidungselement 2 und Gehäuseelement 1 relativ zueinander gewährleistet wird. Dabei nehmen die Verbindungsbereiche 21 nur einen geringen Bruchteil der gesamten, einander zugewandten Oberflächen von Gehäuseelement 1 und Auskleidungselement 2 ein.
Nach dem Anhärten oder Aushärten des Auskleidungselements 2 wird weiterhin die Abstandshalteschicht 3' entfernt, insbesondere durch eine Erwärmung, die zu einem Ausschmelzen der Abstandshalteschicht 3' führt. Nach diesem Ausschmelzen der Abstandshalteschicht 3' befindet sich zwischen der Innenfläche 10 des Gehäuseelements 1 und der nach außen weisenden Oberfläche des Auskleidungselements 2 ein Spaltraum 3'', der in der linken Hälfte von 2 sichtbar ist, die das Gehäuseelement 1 mit dem Auskleidungselement 2 in fertigem Zustand zeigt.
Der Spaltraum 3'' kann dazu genutzt werden, das Auskleidungselement 2 auf Undichtigkeiten zu überwachen. Hierzu ist im oder am Spaltraum 3'' mindestens ein Sensor 5 angeordnet, der über eine nach außen geführte Signalleitung 50 mit einer Warneinrichtung in Verbindung steht. Der Sensor 5 spricht beispielsweise auf Druckänderungen oder auf die Anwesenheit eines Mediums, zum Beispiel einer das Gehäuseelement 1 durchströmenden Flüssigkeit, im Spaltraum 3'' an. Auf diese Weise kann eine Undichtigkeit des Auskleidungselements 2, z. B. in Folge von Verschleiß oder Reißens, frühzeitig festgestellt werden, bevor das Gehäuseelement 1 ebenfalls beschädigt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Sensor 5 kann der Spaltraum 3'' über einen Leckageanzeigekanal 6 mit der äußeren Umgebung verbunden sein. Im Falle eines Austretens von Flüssigkeit aus dem Innenraum 11 in den Spaltraum 3'' gelangt die Flüssigkeit sichtbar durch den Leckageanzeigekanal 6 nach außen, so daß Bedienungspersonal die Lekkage erkennen und die notwendigen Maßnahmen einleiten kann.
Auch bei dem in 2 dargestellten zweiten Beispiel haben das Gehäuseelement 1 und dessen Auskleidungselement 2 die Möglichkeit, sich bei Temperaturänderungen unabhängig voneinander in unterschiedlichem Maße auszudehnen oder zusammenzuziehen, ohne daß dabei Spannungen entstehen, die zu Schäden am Auskleidungselement 2 oder am Gehäuseelement 1 führen. Die notwendige Fixierung der Lage des Auskleidungselements 2 relativ zum Gehäuseelement 1 wird hier über die unmittelbare Verbindungsbereiche 21 gewährleistet. Diese Verbindungsbereiche 21 sind dabei in solchen Bereichen von Gehäuseelement 1 und Auskleidungselement 2 angeordnet, in denen sich bei Temperaturänderungen oder bei sonstigen im Betrieb auftretenden Bela stungen keine größeren Relativbewegungen von Gehäuseelement 1 und Auskleidungselement 2 relativ zueinander ergeben, die zu Schäden führen könnten.
Wie die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, wird hier ein einteiliges Gehäuseelement 1 verwendet, das den Vorteil aufweist, daß eine Abdichtung von zwei Gehäuseelementhälften gegeneinander nicht erforderlich ist. Auf diese Weise werden eine mögliche Schwachstelle und ein zusätzlicher Montage- und Abdichtungsaufwand vermieden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von zumindest teilweise mit Mineralguß ausgekleideten Maschinenteilen, wobei der Mineralguß in flüssigem Zustand in wenigstens ein als Gießform oder Teil einer Gießform dienendes, das Maschinenteil oder einen Teil davon bildendes Maschinenelement (1) gegossen wird und nach seinem Aushärten ein Auskleidungselement (2) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen des Mineralgusses die mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen (10) des Maschinenelements (1) mit einer dauerhaft verbleibenden Zwischenschicht (3) aus einem elastischen, kompressiblen Material beschichtet werden und daß die Zwischenschicht (3) mit einer Schichtdicke hergestellt wird, die größer ist als eine maximal vorliegende Oberflächenrauhigkeit der Innenflächen (10) des Maschinenelements (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) in zunächst flüssiger oder pastöser Form auf die Innenflächen (10) aufgespritzt oder aufgesprüht oder aufgestrichen oder aufgegossen wird und dann aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) in fester Form als Matte auf die Innenflächen (10) aufgeklebt wird.
Verfahren zur Herstellung von zumindest teilweise mit Mineralguß ausgekleideten Maschinenteilen, wobei der Mineralguß in flüssigem Zustand in wenigstens ein als Gießform oder Teil einer Gießform dienendes, das Maschinenteil oder einen Teil davon bildendes Maschinenelement (1) gegossen wird und nach seinem Aushärten ein Auskleidungselement (2) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen des Mineralgusses auf den mit dem Mineralguß auszukleidenden Innenflächen (10) des Maschinenelements (1) eine vorübergehend vorhandene Abstandshalteschicht (3') angebracht wird, daß die Abstandshalteschicht (3') mit einer Schichtdicke hergestellt wird, die größer ist als eine maximal vorliegende Oberflächenrauhigkeit der Innenflächen (10) des Maschinenelements (1), und daß die Abstandshalteschicht (3') nach dem Gießen und An- oder Aushärten des Mineralgusses zur Bildung eines Spaltraums (3'') zwischen dem Maschinenelement (1) und dem Auskleidungselement (2) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltraum (3'') zwischen dem Maschinenelement (1) und dem Auskleidungselement (2) bereichsweise mit einer zu elastischen, kompressiblen Zwischenschichtbereichen (3) erhärtenden Vergußmasse ausgefüllt wird und daß der Spaltraum (3'') in den verbleibenden Bereichen frei bleibt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am freien Spaltraum (3'') oder in oder an dessen freien Bereichen zur Detektion von Undichtigkeiten des Auskleidungselements (2) mindestens ein Sensor (5) angebracht wird und daß der Sensor (5) im Fall einer Undichtigkeit des Auskleidungselements (2) ein entsprechendes Warnsignal auslöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltraum (3'') oder dessen offene Bereiche zur Detektion von Undichtigkeiten des Auskleidungselements (2) über mindestens einen Leckageanzeigekanal (6) mit der äußeren Umgebung verbunden wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltraum (3'') zwischen dem Maschinenelement (1) und dem Auskleidungselement (2) vollständig mit einer zu einer elastischen, kompressiblen Zwischenschicht (3) erhärtenden Vergußmasse ausgefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Entfernens der Abstandshalteschicht (3') und während des Einbringens der Vergußmasse in den Spaltraum (3'') das Maschinenelement (1) und das Auskleidungselement (2) mittels vorübergehend angebrachter Haltemittel in einer Soll-Lage relativ zueinander gehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskleidungselement (2) in mindestens einem Bereich unmittelbar mit dem Maschinenelement (1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abstandshalteschicht (3') ein auf schmelzbares Material verwendet wird, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Verarbeitungs temperatur des Mineralgusses und unterhalb der Schmelztemperaturen des Maschinenelements(1) und des Auskleidungselements (2) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschicht (3) ein Kunststoffmaterial eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein Polyurethanwerkstoff oder Silikonwerkstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschicht (3) ein natürliches oder synthetisches Kautschukmaterial eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Kautschukmaterial ein Moosgummi eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) mit einer Schichtdicke zwischen 1 und 5 mm hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einteiliges, ungeteiltes Gehäuseelement als Maschinenelement (1) für die Herstellung des Maschinenteils eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Gießen des Mineralgusses ein im Maschinenelement (1) liegender Formkern (4) mit einem mehrteiligen, harten Formkerninnenteil (40) und einem einteiligen, elastischen oder harten Formkernmantel (41) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkerninnenteil (40) vor dem Gießen des Mineralgusses aus Holz- und/oder Kunststoffteilen zusammengesetzt und zumindest an seinen mit dem Mineralguß in Kontakt kommenden Außenflächen mit einer den Formkernmantel (41) bildenden Schicht aus Silikonmaterial oder aus metallischen Ausschmelzwerkstoffen überzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkernmantel (41) vorab in einer eigenen Gießform hergestellt und dann auf den Formkerninnenteil (40) aufgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Formkerninnenteil (40) des Formkerns (4) nach dem Gießen des Mineralgusses zerstörungsfrei aus dem Maschinenelement (1) entnommen und wiederverwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (4) mittels einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise metallischen, Kernbefestigung und -zentrierung (42, 43) positioniert und während des Gießens des Mineralgusses gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Mineralguß ein Material mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Bindemittel eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Mineralguß ein Material mit Siliciumcarbid als mineralischem Hauptbestandteil und einem Vinylesterharzsystem als Bindemittel eingesetzt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Herstellung eines innenseitig mit einem Auskleidungselement (2) aus Mineralguß ausgestatteten Pumpengehäuses für eine Pumpe zur Förderung von abrasiven, aggressiven und/oder korrosiven Medien.