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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Beschichtung für Werkzeuge und Transportsysteme, die in Kontakt mit einer Glasschmelze stehen.
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In der Glasindustrie ist es notwendig, das heiße geschmolzene Glas, das typischerweise eine Temperatur zwischen 800 ° C und 1200 ° C aufweist, mittels spezieller Werkzeuge und Transportsysteme wie insbesondere Walzen, Trommeln, Rutschen oder Formen, die speziell für diesen Handhabungszweck ausgelegt sind, zu handhaben.
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Diese Werkzeuge und Transportsysteme werden typischerweise zumindest teilweise mit einer speziellen Beschichtung zum Kontaktieren des heiß geschmolzenen Glases versehen. Von besonderer Bedeutung ist die Beschichtung bei der Herstellung von geformten Hohlglaskörpern, die beispielsweise in einem Blas-Blas-Verfahren, einem Press-Blas-Verfahren oder in einem Enghals-Press-Blas-Verfahren unter Verwendung entsprechender Formwerkzeuge hergestellt werden.
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Die Beschichtung der Werkzeuge und Transportsysteme ist typischerweise so ausgelegt, dass eine problemlose Handhabung des heißen Glases durch die Werkzeuge und Transportsysteme ermöglicht wird. Die Beschichtung ist beispielsweise notwendig, um einen problemlosen Transport des heißen geschmolzenen Glases beispielsweise über eine Walze oder eine Trommel zu gewährleisten, da das Glas andernfalls an der Walze oder der Trommel haften bleiben könnte. Vor allem aber ist die Beschichtung notwendig, um eine problemlose Handhabung eines Formwerkzeuges mit dem heißen geschmolzenen Glas zu gewährleisten. Denn wenn die Handhabung unzureichend ist, können Defekte an den hergestellten Hohlglaskörpern auftreten. Außerdem können ein erhöhter Ausschuss und Unterbrechungen des Produktionsvorgangs zu verzeichnen sein.
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Bei der Herstellung insbesondere von Hohlglaskörpern ist es daher bislang notwendig, die Beschichtung in relativ kurzen Intervallen, typischerweise in Intervallen von 10 bis 30 Minuten, zu erneuern. Die Erneuerung der Beschichtung ist allerdings zeitaufwändig und teuer sowie mit weiteren Nachteilen verbunden. Dies deshalb, weil die Beschichtung manuell, beispielsweise mit einer Bürste oder einem Schwamm, aufgetragen werden muss. Hierfür werden zusätzliche Arbeitskräfte benötigt. Außerdem entsteht durch das manuelle Auftragen der Beschichtung ein Sicherheitsrisiko. Hinzu kommt, dass die Schichtdicke durch die manuelle Auftragung unterschiedlich ausfallen kann, was zu Ausfallzeiten der Produktionsmaschinen führen kann. Die manuelle Auftragung beeinflusst insgesamt nachteilig die Stabilität des Produktionsprozesses.
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Aus der
EP 2 752 393 A1 ist die Aufbringung der Beschichtung mittels eines thermischen Sprühverfahrens bekannt, durch das die vorstehend beschriebenen Nachteile der manuellen Aufbringung der Beschichtung vermieden werden. Nachteilig an der durch die
EP 2 752 393 A1 bekannten Beschichtung und dem dort beschriebenen Verfahren ist allerdings, dass die Beschichtung nur eine relativ geringe Haltbarkeit von höchstens 48 Stunden aufweist. Außerdem wird der Produktionsprozess für eine bestimmte Zeit unterbrochen, um die Werkzeuge zu wechseln.
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In Bezug auf die Zusammensetzung der Beschichtung selbst ist es nach dem Stand der Technik seit langem bekannt, eine Beschichtung in Form einer Schmierflüssigkeit zu verwenden, die eine Matrix auf der Basis eines Mineralöls und ein Schmiermittel wie Schwefel oder Graphit enthält. Diese flüssige Beschichtung wird wie vorstehend erläutert manuell auf die Werkzeuge aufgetragen, was aus den vorstehend dargelegten Gründen nachteilig ist. Insbesondere muss diese Beschichtung häufig, regelmäßig in Intervallen von 10 bis 30 Minuten erneuert werden.
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Aus der
DE 10 2004 036 343 B4 ist weiter ein Beschichtungsmaterial bekannt, das zwei getrennte Beschichtungen umfasst, wobei eine erste Beschichtung ein Fixiermittel auf der Basis eines Silikonharzes zum Aufbau einer Silikonharzschicht und einen in der Silikonharzmatrix vorgesehenen oxidierbaren Füllstoff umfasst. Die zweite Beschichtung umfasst auch ein Fixiermedium auf Basis von Silikonharz mit einem Füllstoff, der als Schmiermittel wirkt, wenn er in Kontakt mit dem heißen geschmolzenen Glas steht. Obwohl dieses Beschichtungsmaterial gegenüber der Schmierflüssigkeit auf der Basis eines Mineralöls eine bessere Verschleißfestigkeit zeigt, besteht immer noch ein Bedarf für eine Beschichtung mit einer noch besseren Verschleißfestigkeit, um Werkzeuge mit hoher Beständigkeit bereitzustellen. Nachteilig ist hier außerdem, dass das Beschichtungsmaterial zwei Beschichtungen umfasst, was die Herstellung und Aufbringung der Beschichtung verteuert und deren Handhabung verkompliziert.
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Aus der
EP 2 752 393 A1 ist des Weiteren eine Beschichtung bekannt, die mittels eines thermischen Sprühverfahrens aufgebracht wird und die eine basische Matrix auf Basis eines Metalls oder eines Metalls und eines Metalloxids mit eingelagerten Partikeln und eines Salzes umfasst, das als festes Schmiermittel wirkt und einen Schmelzpunkt von mehr als 800 ° C, insbesondere mehr als 1000 ° C aufweist. Auch diese Beschichtung führt jedoch nicht zu der gewünschten Verschleißfestigkeit und zu einer Bereitstellung der Werkzeuge mit der gewünschten hohen Beständigkeit. Nachteilig an dieser Beschichtung ist insbesondere, dass die verwendeten Partikel relativ weich sind. Hinzu kommt, dass diese Beschichtung im Kontakt mit dem heißen geschmolzenen Glas einen relativ hohen Reibkoeffizienten aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Beschichtung anzugeben, die die vorstehend dargestellten Nachteile vermeidet und eine lange Laufzeit der Beschichtung unter typischen Produktionsbedingungen sicherstellt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beschichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial zeichnet sich durch eine Matrix aus, die sich aus Metallpartikeln und Keramikpartikeln zusammensetzt. Außerdem umfasst die Matrix Füllstoffpartikel. Durch diese Zusammensetzung der Matrix wird zum einen ein sehr niedriger dynamischer Reibkoeffizient bei dem Kontakt des heißen geschmolzenen Glases mit den Werkzeugen von unter 0,2 sichergestellt. Dieser Reibkoeffizient ist um den Faktor 2 besser als der Reibkoeffizient bei den bekannten Beschichtungen, die mit thermischen Sprühverfahren aufgebracht werden. Die geringere Benetzung bewirkt eine niedrigere Reibung. Die geringere Reibung ist vorteilhaft, weil dadurch Produktionsfehler minimiert werden können und die Schicht auch bei Werkzeugen mit komplexeren Geometrien angewendet werden kann. Außerdem kommt es durch die Zusammensetzung der Beschichtung und die Struktur der Partikel zu einer geringeren Benetzung der Beschichtung durch die heiße Glasmasse. Dadurch wird eine Haltbarkeit der Beschichtung von über 48 Stunden, durchschnittlich von 60 Stunden, unter typischen Produktionsbedingungen gewährleistet.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Metallpartikel der Matrix aus Aluminium, Nickel oder aus einer Mischung beider Metalle bestehen. Hierdurch werden negative Wechselwirkungen zwischen der Beschichtung und der heißen Glasmasse bei der Handhabung der Glasmasse vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Matrix in dieser Zusammensetzung vergleichsweise leicht auf das Substrat aufbringen lässt, was die Aufbringung insgesamt ökonomischer macht.
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Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Keramikpartikel der Matrix aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Zirkonnitrid oder aus einer Mischung dieser Keramiken bestehen. Hierdurch kommt es zu einer weiteren Verbesserung bei der Haltbarkeit der Beschichtung. Außerdem wird die Auftragung der Beschichtung erleichtert. Dies insbesondere deshalb, weil es bei der Auftragung der Beschichtung unter Einsatz von thermischen Sprühverfahren zu einer Selbstreinigung der Düsen kommt.
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Vorteilhaft ist außerdem, wenn die Metall- und Keramikpartikel der Matrix eine Korngröße von 5 - 25 um aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass die Auftragung der Beschichtung bei dieser Korngröße in kürzest möglicher Zeit und am einfachsten erreicht werden kann. Durch die relativ geringe Korngröße ist eine weniger umfangreiche Nachbearbeitung der Beschichtung erforderlich.
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Die Füllstoffpartikel sollen bevorzugt aus Glaskohlenstoff bestehen. Bei Glaskohlenstoff handelt es sich um einen speziellen, kohlestoffbasierenden Werkstoff mit amorpher Struktur, der gegenüber normalem Kohlenstoff mit kristalliner Struktur eine noch höhere Härte aufweist. Während die Härtewerte der nach dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen mit BaF2 und CaF2 bei einer Härteprüfung nach Vickers zwischen HV 150 und HV 170 liegen, liegt der Härtewert bei Beschichtungen mit einem Glaskohlenstoff bei einer Härteprüfung nach Vickers zwischen HV 250 und HV 350. Die höheren Härtewerte des Glaskohlenstoffs begünstigen eine höhere Abscheiderate und einen besseren Einbau in die Matrix während des thermischen Sprühverfahrens und führt zu einer ökonomischeren Umsetzung des Sprühverfahrens und zu einer höheren Standfestigkeit der Beschichtung während der Produktion.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Füllstoffpartikel eine Korngröße von 5 - 20 um auf. Auch in diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass die Auftragung der Beschichtung bei dieser Korngröße in kürzest möglicher Zeit und am einfachsten erreicht werden kann. Durch die relativ geringe Korngröße ist eine weniger umfangreiche Nachbearbeitung der Beschichtung erforderlich.
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Außerdem hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Partikel der Matrix und des Füllstoffes jeweils eine sphärische Morphologie aufweisen. Diese Morphologie begünstigt die Auftragung der Beschichtung. Außerdem können sie die einzelnen Partikel durch diese Morphologie besser verbinden und die Nachbearbeitung der Beschichtung wird minimiert.
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Weiterhin ist besonders vorteilhaft, wenn die Metallpartikel der Matrix eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 130 W/mk und die Keramikpartikel der Matrix eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 25 W/mk aufweisen. Die Beschichtung selbst weist in diesem Fall eine Wärmeleitfähigkeit von 40 bis 70 W/mk auf. Dies wird gewährleistet, wenn die Beschichtung eine Zusammensetzung von 40-60 % Al2O3, 40-60 % Al und 1-10 % Glaskohlenstoff aufweist.
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Schließlich ist vorteilhaft, wenn die Schichtdicke in einem Bereich zwischen 20 und 200 um, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 40 und 70 um liegt. Bei dieser Schichtdicke ist eine optimale Standzeit der Beschichtung gewährleistet, wobei die Standzeit umso länger ist, je dicker die Beschichtung ausgeführt ist.
- 1 zeigt ein Diagramm mit den Reibwerten der Beschichtung ohne Glaskohlenstoff wie nach dem Stand der Technik bekannt.
- 2 zeigt ein Diagramm mit den Reibwerten der Beschichtung mit Glaskohlenstoff.
- 3 zeigt die heiße Glasschmelze (1) in Kontakt Gusseisen (2).
- 4 zeigt die heiße Glasschmelze (1)in Kontakt mit einer Beschichtung mit Glaskohlenstoff (2).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2752393 A1 [0006, 0009]
- DE 102004036343 B4 [0008]
