DE2523074A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung verschleissfester koerper, insbesondere fuer die tiefbohrtechnik - Google Patents

Description

Christ ens en Diamond Products Company-Salt Lake City, Utah, USA

Celle, den 2f.J^ 1975

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung verschleißfester Körper, insbesondere für die Tiefbohrtechnik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von insbesondere ringförmigen oder ringsegmentförmigen verschleißfesten Körpern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verschleißfeste Körper werden überall dort benötigt, wo relativ zueinander bewegte Körper aneinander reiben, z.B. bei Lagerschalen, Dichtungen von rotierenden Wellen, Kunststoffextrudern, Bohrstangen oder dgl. Maßnahmen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit solcher Körper sind bekannt. So ist es in der Tiefbohrtechnik z.B. bekannt, Gestängeelemente mit besonders verschleißfesten Ringen oder Bewehrungen zu versehen. Insbesondere im Bereich der Gestängeverbinder ist ein solcher Verschleißschutz oftmals nicht nur erwünscht, sondern sogar unumgänglich. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist nämlich oft die Einhaltung bestimmter Mindestdurchmesser erforderlich. Viele der gebräuchlichen Ausführungsformen solcher verschleißmindernden Einrichtungen haben sich in der Praxis bewährt. Auch für die Herstellung solcher Körper sind viele Verfahren üblich oder vorgeschlagen worden. Sie sind meist zu kostspielig, insbesondere dann, wenn die Körper größere Abmessungen haben sollen. Es ist bekannt, Verschleißringe aus Wolframkarbid im Sinterprozeß zu fertigen.

— 2 —

6098A9/0501

OHQINAL INSPECTED

Sinterprozesse erfordern meist lange Ofenzeiten und aufwendige Formen aus Graphit oder ähnlichem Material für diesen Sinterprozeß, sind also relativ kostspielig. Es ist auch bekannt, solche Ringe in Form von Verbundstoffen herzustellen. Hierbei werden in eine Form Hartmetallkörper an vorbestimmten Stellen der Formwandung geklebt, die Zwischenräume mit pulverförmigen Stoffen aufgefüllt und alle Teile in einem Sinterprozeß intermetallisch verbunden. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Große der Verschleißringe begrenzt. Auch ist bei Sinterprozessen, bei denen eisenbasisches Pulver eingesetzt wird, eine Schädigung der Hartstoffe während des Einsinterns häufig nicht zu vermeiden. Schließlich erlauben die beim Sintern verwendeten Graphitformen nur in wenigen Fällen eine mehrfache Benutzung. Es ist gleichfalls bekannt, verschleißfeste Körper in Aussparungen stahlbasischer Grundteile einzulöten oder in Form verschleißfester Elektroden aufzuschweißen. Werden stahlbasische Grundkörper im Sinterprozeß mit anderen Hartstoffen verbunden, so ergeben sich Probleme, die nur schwer zu beherrschen sind. Beispielsweise können infolge unterschxedlxcher Wärmedehnung Risse auftreten. Noch ernster ist die Lötbrüchigkeit der Schweißnähte aufgrund des bei diesem Prozeß erforderlichen hohen Rupferanteils. Bei einem häufig verwendeten Verfahren für Hartpanzerungen werden einem zum Schweißen dienenden Lichtbogen Wolframkarbidtexlchen oder ähnliche Hartstoffe zugeführt, die dann in der Schmelze gebunden werden und so einen abriebfesten Belag ergeben. Solche Prozesse, bei denen das verschleißfeste Material direkt auf die Grundkörper aufgetragen wird, bewirken oft ein Schwächung des Grundmaterials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von vershhleißfesten Körpern zu schaffen, mit denen eine verschleißmindernde Schicht langer Lebensdauer ohne wesentliche Beeinträchtigung der Stabilität und Haltbarkeit geschaffen

609849/0501

werden kann. Die Erfindung besteht in der Anwendung der im Anspruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte. Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den UnteranSprüchen aufgeführten Merlanale gekennzeichnet.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, verschleißfeste Körper herzustellen, die aus einem Verbund von an den gewünschten Stellen außerordentlich verschleißfesten Oberflächen und den Oberflächen abgewandten Hinterkleidungsmaterialien, die sich leicht mit konventionellen Mitteln bearbeiten lassen, bestehen. Dabei tritt weder eine nennenswerte Schwächung des Tragkörpers auf, noch werden teure Bearbeitungsprozesse spröder und sehr harter Materialien benötigt. Bei Verwendung stahlbasischer Hinterkleidungsmaterialien für Verschleißkörper, die auf Grund- oder Tragkörpem. befestigt werden müssen, lassen sich sogar Befestigungstechniken wie Schweißen oder Löten besser einsetzen als bei bekannten Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur eine·einfache und wirtschaftliche Herstellung derartiger verschleißfester Körper. Durch die Rotation der Arbeitsformen werden nämlich die Hartstoffe derart sicher am vorbestimmten Platz gehalten und unterliegen während des nachfolgenden Gieß- oder Sinterprozesses keinerlei Verschiebungen, daß eine beliebige Konzentration der Hartstoffe innerhalb des Hinterkleidungsmaterials möglich wird. Das erlaubt aber einen gesteuerten Verschleiß für bestimmte Einsatzzwecke. Für alle nach diesem Verfahren gefertigten Körper wird eine intermetallische Verbindung der Verbundteile, angestrebt. Die Hartstoffe können bei diesem Verfahren in einer relativ elastischen und duktilen Masse eingebettet, wodurch für viele Einsatzzwecke eine Verwendung solcher Verschleißringe erst ermöglicht wird. Durch eine derartige Anordnung verhält sich der Gesamtkörper elastisch, weist jedoch an der Oberfläche eine

_ 4 609849/0501

außerordentlich hohe Verschleißfestigkeit auf. Derartige Körper sind im allgemeinen gegen Schock- oder stoßförmige Lasten relativ unempfindlich. Insbesondere in der Tiefbohrtechnik sind diese Forderungen von großer Bedeutung.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung sehr dünner Hartstoffbeläge. Durch eine Vorfertigung von solchen Hartstoffbelägen wird eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht, Eine Befestigung derartig vorgefertigter Hartmetallbeläge auf einen Grundkörper kann durch Aufsintern z.B. mittels eines induktiven Sinterprozesses oder durch Wzderstandsschweißung oder Lötung durchgeführt werden.

Ferner ist das Verfahren einsetzbar zur Fertigung von Hartstoffringen, die überwiegend aus pulverförmigen Material bestehen. Hierzu wird ein Pulver in eine Form eingebracht, die dann in Rotation versetzt wird. Durch die bei hoher Drehzahl erreichte Zentrifugalkraft wird eine Kompaktierung des Pulvers erreicht, das anschließend durch Einbringen großer Hitze fertig gesintert wird. Das Einbringen der Temperatur kann hierbei über eine induktive Heizung oder aber auch durch Brenner erfolgen. Dadurch entfallen die ansonsten kompliziert aufgebauten Formen für den Ofenprozeß.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere Ausfiihrungsbeispiele an Hand der Zeichnungen' beschrieben. Diese zeigen in

60 9 8A9 /050 1

Piff.	12
Fig.	13
Wg.	14
Fig.	13

Fig. 1,2 Einrichtungen für «in Schleudergußverfahren mit

vertikal gelagerten Drehachsen der Gußform Fig. 3 eine Einrichtung mit vertikal gelagerter Drehachse Fig. 4,5 Querschnitte durch die Gußform »it fertiggestellten

Verschleißringen glatter banr· ungleichmäßiger Oberfläche Fig. 6,7,8 Querschnitte durch drei verschiedene mögliche nach

dem Verfahren hergestellte Ringe Fig. 9 eine Halterung mit ungleichmäßiger Verteilung von

Hartstoffen Fig. 10,11 Körper mit wendeiförmigen aufgeschweißten Verschluß- Segmenten

einen Ring mit Hartstoffen in regelmäßiger Verbindung ein Bohrstrangteil mit einem eingeset&ten Ring nach Fig. 12

einen Dichtungsring mit profilierten Hartstoffen ein Bohrstrangteil mit profiliertem Hartstoffring.

Zn Fig. l ist eine Einrichtung sur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der eine Gußform 1 vorgesehen ist, die um eine vertikale Achse drehbar ist und deren Innenseite maßgeblich für die Außenkontur des herzustellenden Teiles ist· Die Gußform 1 (Gußkokille) wird in der Schleuderform 2 über eine Isolierung 3 gehalten. Diese Schleuderform 2 1st mit einer Welle verbunden, die in Lagern 5 geführt ist. Der Antrieb der Velle und damit der Schleuderform 2 erfolgt von einem Motor 6, E.B. einem Elektromotor, über Getriebe, β.B. einen Antriebsriemen 7« Die Velle 4 ist als Hohlwelle ausgebildet und mit einer Rohrleitung 8 über eine Drehdurchführung 9 verbunden. Durch diese Rohrleitung 8 wird ein Inertgas (s.B. M₃ + H₂ oder Ar-He-H₃) eingeleitet oder ein Vakuum bestimmter Höhe erseugt. Nach oben hin ist die Schleuderform 2 durch einen Deokel 10 abgeschlossen, der einen sich nach außen öffnenden Trichter 11 aufweist. Der Deekel 10 besteht aus hochtemperaturfestem Material« »·Β. Keramik. An der Innenseite der Gußform 1 sind Hartstoffe 12 in der vorbestimmten erwünschten Anordnung befestigt, s.B. angeklebt. Das die Hartstoffe 12 später einbettend umschließende Einbettungsmaterial 13 ist innerhalb der Gußform 1 in seiner Bndlage

609849/0501

- 6-

dargvvW.lt. Innerhalb d·* Trichtere 11 befindet «ich ein Stopfen Ha₁ über dem die erschmolzene Einbettungsraaass Ik angeordnet ist. Der Stopfen 11 kann über eine geeignete nicht mit rotierende Vorrichtung 13 star Einleitung des eigentlichen Schleudervorgangee geöffnet werden, wodurch ein Einströmen der erschmolzenen Einbettungsmasse ik in die Guß form 1 ermöglicht wird. Eine Stabilisierung des auswechselbaren Deckels 10 wird durch einen Bajonettring 16 oder dgl. bewirkt. Zur Erzielung einer glatten Oberfläche der Verschleißkörper wird die Innenseite der GuOform 1 beschichtet, z.B. mit Zirkon oder mit einen sehr dünnen Metallblech 17 oder mit Papier ausgekleidet, auf dem die Hartstoffe angeklebt sind. ^Die Befestigung der Hartstoffe auf die noch ebene Auskleidung erlaubt maschinelle Verteilung und Befestigung. Das Metallblech 17 (bzw. Folie) trennt die GuOform 1 von der Schmelze. Dadurch wird erreicht, daß die Gußkörper nach beendetem Gußvorgang leicht von der Form gelöst werden können. Bei Beginn der Rotation der Schleuderform 2 wird das Metallblech 17 sehr eng on die Innenseite der Gußform 1 gepreßt. Durch die Rotation wird die Einbettungsmasse gleichmäßig hinter den Hartstoffen verteilt.

In Abwandlung des Verfahrens können die einzelnen Hartstoffe 12 auch durch eine auf das Metallblech in vorbestimmter Dicke aufgebrachte Volframkarbidschlemme ersetzt werden. Auch Sann bei eingesetzten Hartstoffen der Zwischenraum «wischen den aufgeklebten Hartstoffen 12 bis zu einer gewünschten Höhe mit einer Volframkarbidsehlemme aufgefüllt werden. Wird in diesem Fall die Gußform 1 in Rotation versetzt, verbleibt die Schlemme in Position und kann mit der erschmolzenen Einbettungsmasae hinterkleidet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird die Einbettungsmasse Ik nicht als vorbereitete Schmelze eingebracht sondern erst innerhalb der Gußform 1 erzeugt. Fig. 2 zeigt eine derartige Anordnung. Mittels eines Brenners 19 wird ein Zentrisch zugeführter Metalldraht 20 über eine Flamme 21 innerhalb der Gußform 1 erschmolzen und an die rotierenden Außenwandungen geschleudert. Sine pulverförmige Zuführung des Schmelzgutes ist ebenfalls möglich·

609849/0501 - 7 -

Di« beiden soweit beschriebenen Einrichtungen erlauben die Fertigung vielfältig geformter Teile mit Hartstoffbestandteilen, insbesondere geschlossener Hartstoffringe aus bearbeitkarem Material. Auch ist es Möglich, Ilartstoffteile Mit Hartstoffpulver su koubinieren und Mit einer nahesu beliebigen Binbettungsmasse aussufcleiden. Für Tiefbohrewecke hat sich stahlbasisohes Material bewährt, das ist Material wie ChroM-Nickel-Stahl (13118-Stahl), Nickel o.ö», welches auf TiefbohrgestHngematerial schweiftbar 1st· Die Verwendung von Vakuum oder Schutzgas im ftuOraum bewirkt durch reduzierende Atmosphäre hohe Oberflächengüten.

Pig, 3 seigt eine Einrichtung mit horisontaler Lagerung der Gußform 1, Diese Einrichtung erlaubt ein Verfahren sur Her Stellung relativ langer versehlvififester Körper, s.B. von Hülsen· Die Gußform 1 ist beidseitig durch Deckel 22 begrenzt, die jeweils eine Öffnung haben. In die eine Öffnung ragt eine Sauerstofflanze 23, durch die die Guöform vorgewärmt oder mit inerteei Gas gefüllt werden kann. Xn die andere Öffnung ragt der Eingußtrichter 24 Mit seinem Ende 25 hinein. Bei dieser Einrichtung ist die SchleuderforM 2 durch Räder 26 drehbar gelagert, die an ihrer Außenwandung angreifen« Hierbei kann den Rädern 26 auf der Auftenwandung jeweils eine besondere Lauf spur angeordnet werden· Der Antrieb der Räder 26 erfolgt vom Motor 6 über den Antrlebsrieeien 7. Über den Trichter 24 wird etwa in der Mitte der Gtuftkokille die Schneise «!geführt. Ähnlich der Brennerausführung gemäA Fig. 2 ist auch bei dieser Ausführung das direkte Srsehmelsen des Materials in der Form Möglich« *·Β· durch einen PlasMa-Brenner

Die beschriebenen Einrichtungen können nicht nur sur Herstellung gleiohmäfiiger Körper, s.B. von Hülsen Mit sylindrlsoher Oberfläche verwendet werden» sondern auch sur Her Stellung von Körpern relativ unregelmäßiger Oberfläche. So eignet sieh diese Einrichtung insbesondere die in Fig· 3 dargestellte Mit horisontaler Lagerung der QuBformaohee, sur Herstellung von Stablllsatorhülsen für Qestängestabilisatoren in der Tiefbohrtechnik· Insbesondere ist es Möglich, die in der Tiefbohrtechnik oft erforderliehen, spiral- bsw. wendelförMigen Rippen solcher Körper Mit eingelagerten Hartstoffen in einem Arbeitsgang Mit *u fertigen·

6 0 9349/0501 - β -

ORlGtNAUJNSPECTED

Fig. 4 zeigt den Querschnitt einer Gußeinrichtung zur Herstellung von Gußkörpern mit unregelmäßiger Oberfläche. Wie in Fig. 2 sind in die von <fer Sbhitaiderf orm 2 durch einen Isolierring 3 getrennte Gußform 1 Folien aus Metall, Papier oder dgl. gelegt, an deren Innenseite die Hartmetallbestandteile (Körper oder Pulver) befestigt sind. Zusätzlich sind in Fig. k in der Gußform von, außen zugängliche Schrauben 27 vorgesehen, durch die Einsätze 28 an der Innenseite der Gußform 1 befestigt werden können.

Diese Einsätze 28 sind so geformt, daß die zwischen ihnen liegenden Teile die erwünschten Rippen mit einer Hartmetallbewehrung ihrer Oberfläche ergeben.

Fig. 5 zeigt einen entsprechenden Querschnitt durch eine Gußeinrichtung zur Herstellung von Verschleißringen oder Lagerschalen mit gleichmäßiger, hartmetallbewehrter Oberfläche. Dieses Verfahren erlaubt ein einwandfreies Fixieren der Hart-; stoffe in vorbestimmten Positionen. Die auf die Folien geklebten Hartstoffe werden nach Einschalten des Antriebs durch die Zentrifugalkraft eindeutig in den vorbestimmten Positionen gehalten und schwimmen - im Gegensatz zu konventionellen Gießtechniken - innerhalb der Schmelze nicht auf, so daß sie ihre Positionen nicht verändern können. Bei konventionellen Gießtechniken mit stehender Form ist eine derart einfache Fixierung der Harstoffe nicht möglich, ^urch das Einbringen der Schmelze in stehende Formen verändern nämlich die an.die Wandung fixierten Hartstoffe ihre Position Undefiniert.

609849/0501

Als vorteilhaft für die einwandfreie intermetallische Bindung zwischen Hartstoffen und Einbettungsmaterial hat sich ein Vorwärmen der Form erwiesen. Da hierbei jedoch Temperaturen bis zu 8OO° und in seltenen Fällen bis 1.000° erreicht werden, ist eine Fixierung der Hartstoffe mit mechanischen Mitteln außerordentlich schwierig. Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens gestaltet sich dieses Problem außerordentlich einfach.

Fig. 6,7 und 8 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Verschleißringen oder Pen zerringen, wie sie üblicherweise in Bestänge-verbindern für Tiefbohrungen eingesetzt werden. In Fig. 10 ist ein Querschnitt eines derartigen Ringes dargestellt. Der Zwischenraum zwischen den Hartstoffen 12 wird hierbei durch ein feinkörniges Wolframkarbidpulver oder pulverförmige Hartstoffe aufgefüllt. Das Pulver 29 und die Hartstoffe 12 werden dann durch eine Einbettungsmasse 13 im genannten Verfahren hinterkleidet.

Fig. 11 zeigt eine Ausführung, in der der verschleißfeste Belag nur aus einem feinkörnigen verschleißfesten Pulver 29 besteht, das im genannten Verfahren mit einer Einbettungsmasse 13 hinterkleidet ist.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der genannte Ring aus einem homogenen Pulver aufgebaut ist, das im genannten Verfahren zu einem Ring gesintert wird. Hierbei wird

- 10 -

609849/0501

nach Einbringen des Pulvers große Wärme durch induktive Heizung oder aber auch durch Brenner in die Form eingebracht und der Ring fertig gesintert,während die Form rotiert.

Fig. 9 zeigt ein weiteres AusführungsbaLspiel, wobei Hartstoffe in bestimmter Konzentration und bestimmter Anordnung mit einem stahlbasischem Material hinterkleidet sind. Bei derartigen Ringen ist es häufig wünschenswert, an den Rändern des Ringes einen höheren Verschleiß zuzulassen als in der Mitte, so daß eine veränderliche Konzentration der Hartstoffeinsätze erforderlich ist.

Fig. 10 schließlich zeigt eine Hülse mit drei auf dem Umfang wendelförmig verlaufenden Rippen, die an den Oberflächen in hoher Konzentration, die bis zu 90 % beträgt, Hartstoffe enthält, ^ür derartige Einsatzfälle wird als Einbettungsmaterial vorzugsweise hochfester Baustahl gewählt, der anschließend auf hohe Festigkeitswerte vergütet werden kann.

Fig. 11 zeigt einen Stabilisatorkörper, dessen Rippen in dem genannten Verfahren hergestellt werden. Die in dem beschriebenen Verfahren gefertigten Rippen 29 werden einzeln mittels Schweiß-, nähten 30 auf einen zylinderförmigen .Grundkörper 31 aufgeschweißt. Für das die Haitstoffe 12 tragende Einbettungsmaterial 13 wird hierbei ein Material mit guter Schweißeignung eingesetzt.

- 11 -

^: 6 0-9 849/0501

Fig. 12 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel eine Lagerhülse für den Einsatz in abrasiver Umgebung.

In Fig. 13 ist ein Verschleißring dargestellt, der mittels rundumlaufender Schweißnähte 31 mit einem Grundkörper 32 verbunden ist. Ähnlich der Darstellung in Fig. 5 können Labyrinthdichtungshülsen aufgebaut werden, wobei die Hartstoffe dann in tangentialer Richtung an der Oberfläche verlaufen und gegenüber der Einbettungsraasse exponiert sind. Eine mögliche Ausführungsform derartiger Labyrinthdichtungen ist in Fig. lk im Querschnitt dargestellt.

Fig. 15 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Verschleißring für Tiefbohrgestängeverbinder, der im Übergangsbereich vom zylinderförmigen Verbinder zum konischen Teil eine Panzerung dieser besonders gefährdeten Stelle übernimmt, um die Schrägschulter zu schützen und in der ursprünglichen Gestalt zu erhalten. Hierbei wird die zylinderförmige Form mit der konischen Übergangsfläche durch entsprechende Gestaltung der Gußform erhalten oder aber auch durch Ausschleifen der konischen Fläche aus einem ursprünglich zylinderförmigen Körper hergestellt, wobei im Innendurchmesser ein entsprechender Materialzuschlag für den Gießprozeß eingestellt wird.

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung von hochverschleißfesten Ringen oder RingSegmenten erlaubt eine drastische

- 12 -

609849/0 501 ;

- .12 -

Kostensenkung bei der Fertigung der genannten Elemente. Das Verfahren bietet ferner eine große Flexibilität in der Auswahl der entsprechenden Hartstoffe oder Einbettungsmaterialien. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Sinterprozessen sind bei diesem. Verfahren außerordentlich einfache Formen, die keinerlei Kerne enthalten, möglich. Diese Formen erlauben einen mehrfachen Einsatz,der bis zu lOOmal pro Form betragen kann. Durch die große Flexibilität hinsichtlich der Wahl der Einbettungsmateriali en ist es möglich, leicht bearbeitbare Bettungsmaterialien auszuwählen, die zudem noch schweißbar sind. Durch das genannte Verfahren wird eine außerordentlich geringe Schädigung der Hartstoffe bei dem eigentlichen Einbettungsprozeß verursacht. Bei geeigneten Vorwärmtemperaturen läßt sich eine hervorragende Bindung zwischen Hartstoffen und Bettungsmaterialien realisieren. Die im Gegensatz zu normalen Gußprozesäen bestehenden Probleme hinsichtlich des Fixierens der Hartstoffe werden infolge Anwendung des beschriebenen Schleudergußprozesses gelöst bzw. sind nicht existent, da durch die auftretenden hohen Zentrifugalkräfte die Hartstoffe sicher bis zur Beendigung des Sinbettungsprozesses in Positionen gehalten werden. Dabei ist jede beliebige Anordnung der Hartstoffe oder auch der Einsatz pulver·- förmiger Hartstoffe möglich.

V@2?fahrensbedingt sind infolge der hohen Zentrifugalkräfte Selilackeneinschlüsse oder Lunkerstellen außerordentlich gering.

609849/0501

-13- 252307A

Alle Fremdstoffe, die leichter als das Einbettungsmaterial sind, werden zum inneren Durchmesser infolge des Beschleunigungegradienten hinbewegt, wo sie später durch Abspanen leicht entfernt werden können. Das beschriebene Verfahren erlaubt ebenfalls die Verwendung induktiver Sinterverfahren in der rotierenden Form. Im Gegensatz zu den bei Druck- oder Ofensinterprozessen notwendigen Formen sind hierbei außerordentlich einfache Formen möglich. Sin Ausbau der Formen aus der eigentlichen Gußkokille ist nicht erforderlich. Bei der Produktion der folgenden Ringe wird nach Entnahme des erkalteten ersten Hinges eine dünne Metallfolie eingelegt, auf der in einer vorbestimmten Form die Hartstoffe aufgeklebt sind. Derartige Folien wirken gleichzeitig als Trennmittel zur eigentlichen Form, vermeiden ein starkes Gasen und ergeben eine gute Oberfläche der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Verschleißringe. Ferner ist mittels dieses Verfahrens die Fertigung kompletter Stabxlxsatorhulsen möglich, wobei der Hartmetallbelag sicher mit guter Bindung eingebracht verdien kann. Ähnlich einfach gestaltet sich die Fertigung von Stabilisatorrippen, die später mittels Schweißung auf zylindrischen Grundkörpern befestigt werden. Es ist ferner die Fertigung von Verbundkörpern möglich, deren Dicke die ursprüngliche Hartstoffdicke nicht überschreitet. Derartig vorgefertigte Hartstoffelemente können mittels induktiver Sinterverfahren aber auch mittels Widerstandsschwexßung oder Lötungen auf großen zylindrischen Körpern befestigt werden. Durch die große Flexibilität dieses Verfahrens und den erforderlichen einfachen

609849/0501 . - i* -

Formenaufbau eignet Dich die«·« Verfahren auch zur Fertigung kleiner Serien. Im Gegensatz zu konvent lonellen Sinterprosessen ist die Fertigung extrem langer Verschleißhülsen oder Lagerbüchsen möglich. Dedingt durch die beschriebenen kostengünstigen Herstellungsverfahren ist ein Eineatz der nach diesen Verfahren hergestellten hochverschJsLßfesten Körper auch in anderen Technikbereichen möglich, wo bislang auf die Verwendung solcher Elemente aus Wlrtscahftlichkeitsgründen verzichtet vr*ra«n mußte·

Bei anderen Techniken als Tiefbohrtechnik können die Hartstoffe auch in anderen Materialien eingebettet werden, z.B. Wolframkarbid in Aluminiumoxid, Borkarbid in S.O. ate.

609849/0501

Claims (23)

~ί5~ 252307Α Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von insbesondere ringförmigen oder ringsegmentförmigen Verschleißfesten Körpern mit eingebetteten Hartstoff-Teilen, insbesondere für die Tiefbohrtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffteile (12) in einer Gußform (l) angeordnet, die Gußform (l) in Drehung versetzt und die Haxzttoffteile (12) durch hohe Drehzahl der Gußform (1) in den vorbestimmten Positionen gehalten werden, und daß der Gußform (l) ein Trägermaterial (Ik) zur Durchführung eines Schleudergußverfahrens zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (l4) eine Schmelze ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial als Draht (20) oder Pulver zugeführt wird und vor oder während des Schleudervorganges in der Form erschmolzen wird·

k. Verfahren nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (1%) Mittels eines hochenergetischen Brenners, (19)» «·Β. eines Plasmabrenners, erschmolzen wird.

5· Vedahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußform (l) nur bia etwa 1/% - 1/3 der Höhe des verschleißfesten Kürpers (13) mit Trägermaterial (1%) auffüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch «akannpf ^hj^f^- daß die restliehe Befüllung Mit leichter bearbeitbarem Trägermaterial erfolgt·

09849/0501

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5» dadmrch gekennzeichnet, daß die Gußform mit hoher Temperatur von innen vorgewärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß nach der Vorwärmung der Gußprozeß in reduzierender Atmosphäre durch Einleiten von Schutzgas oder im Vakuum stattfindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die verschleißfesten Teile Wolframkarbidplatten und für das Trägermaterial Stahlguß verwendet wird.

10. Verfahrer nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß für die verschleißfesten Teile Wolframkarbidplatten und für das Trägermaterial Wolframkarbidpulver verwendet wird.,

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trägermaterial Nickel zugesetzt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial mit weiterem Trägermaterial leichterer Bearbeitbarkeit hintergossen wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffe (12) auf einer dünnen Metallfolie (17) befestigt insbesondere aufgeklebt sind, mit der die Innenoberfläche der Gußform (l) ausgekleidet wird.

l4.· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13» dadurch gekennzeich net,, daß für die Hartmetallschicht aus verschleißfestem Material zunächst ein kompletter Ring (12) bzw. Ringsegment gewonnen und anschließend mit einem Trägermaterial hintergossen wird.

609849/0501

- .17 -

15. Verfahren nach Anspruch ΐΛ, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallschicht (12) im .Schleudergußverfahren vorgefertigt und anschließend mit Trägermaterial (lA) hintergossen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehende Hartmetallschicht (12) ein Ring. bzw. Ringsegment ist, das vorgefertigt in die Gußform (l) eingelegt wird.

17· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallstoffe (12) mit unterschiedlicher Konzentration an den seitlichen Begrenzungen der inneren Oberfläche der ^Gußform (l) befestigt werden.

l8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare Gußform mit horizontaler Anordnung der Drehachse vorgesehen ist.

19« Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare Gußform mit vertikaler Anordnung der Drehachse vorgesehen ist.

20. Verfahren nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere, insbesondere wendeiförmige Ringsegmente in einem Abguß gefertigt werden.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche l8 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Gußform (l) vorgeformte Einsätze ( ) vorgesehen sind, die durch Schrauben ( ) befestigfcar sind.

- 18 -

609849/0501

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gußform Halterungen für Hartstoffe vorgesehen sind, deren Abmessungen so gewählt sind, daß die Hartstoffe beim Endprodukt an der Innenoberfläche liegen.

23. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die restliche Befüllung durch Fertigsintern auf dem Trägerkörper, der diese verschleißfesten ring- oder ringförmigen Segmente trägt, mittels eines Brenners vorgenommen wird.

2k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5j dadurch gekennzeichnet, daß der so vorgefertigte Hartmetallbelag (13»29) mittels Schweißung oder Lötung oder durch Sinterverfahren auf dem Grundkörper (31) befestigt wird.

2% Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6«dadurch gekennzeichnet _t

daß als iiiaterlegungsmaterial ein nichtraagnetischer Werkstoff verwendet wird.

609849/0501