DE2714906B2 - Verklammerung für bruchgefährdete Gußstücke - Google Patents

Description

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Es ist bekannt, daß Eisenguß, insbesondere legierter und unlegierter Hartguß, eine hohe Druckfestigkeit, aber nur geringe Zug-Dehnung besitzt Deshalb hat man vorgeschlagen, in biegungsbeanspruchte oder zugbeanspojchte Gußstücke dieser Art vor dem Guß Eiseneinlagen, z.B. Stäbe, in die Form einzulegen und sie dann zu umgießen. Die allgemeine Auffassung war, daß es sich hierbei um eine Parallele zur Herstellung von Stahlbeton handele. Entsprechend erwartete man von dieser Maßnahme auch eine wesentliche Erhöhung der Biegebruchfestigkeit der »armierten« Gußstücke. Konsequenterweise wählte man die Stärke der Einlagen verhältnismäßig hoch; z. B. sollten die Querschnitte der Einlagen zusammen 5-20% des mutmaßlichen Bruchquerschnitts im Gußstück betragen.

Diese Vorstellung auf dem Gebiete der »armierten« Gußstücke ist ziemlich unrichtig. Zunächst ist der Vergleich zwischen Stahlbeton und armiertem Guß irreführend. Bei Stahlbeton sollten die Einlagen die Biegebruchkraft wesentlich erhöhen, ja meist sogar die so gesamte Zugkraft im Querschnitt aufnehmen. Nun ist aber die Zugdehnungsfähigkeit des Betons sehr beschränkt Sie beträgt beispielsweise nur 0,0002, d. h. weniger als ein Zehntel der Zugdehnung von Stahl bei Erreiv-hung der Proportionalitätsgrenze. Bei Bruchbeginn im Beton mit einem Elastizitätsmodul Bb -200 000 kp/cm² ist im Beton eine Bruchspannung von etwa 40 kp/cm² erreicht

In diesem Augenblick, d. h. bei einer Dehnung von 0,0002, herrscht aber in den Stahleinlagen (Elastizitätmodul Es "1100 000 kp/cm² - -10 χ Bb) erst eine Spannung von -420 kp/cm², also nur ein Bruchteil der zulässigen Belastungsgrenze von Stahl. Die Stahleinlagen vermögen also nach Bruchbeginn im Beton noch eine vielfach höhere Last aufzunehmen, selbst wenn sie nur bis zu ihrer Proportionalitätsgrenze beansprucht werden. Die Bruchfestigkeit von Stahlbeton wird also gegenüber reinem Beton, wie bekannt, sehr stark erhöht? mwi kann mit Recht von »Armierung« im Sinne dieser Erhöhungfrechen,

In vorliegender RrfindHng wwde völlig überraschenderweise erkannt, dal} dje Vefh||tnisse bq^tiartguß mit Stajtfeinlagen nfcbt etwa graduell sondern grundsätzlich völlig andere liegen als bei Stahlbeton,

Es wurde nänilich — zunächst ohne sichere Begründung — erkannt, daß man eine optimale Lösung für auf Bruch (z.B. durch Biegung, Zug oder Druck) beanspruchte Gußstücke, insbesondere Hartgußstucke, mit eingegossenen, aber gegen den Gußkörper begrenzt beweglich gehaltenen StähJeinlagen (»Klammern«) erreicht, wenn man das Gesamtgewicht der Stahleinlagen auf weniger als 1%, vorzugsweise weniger als 0,5% des Gesamtgewichts des Gußstücks herabsetzt

Im, Unterschied zur üblichen »Armierung« bei Stahlbeton soll bei der erfindungsgemäßen Methode bei Hartguß von »Verklammerung« gesprochen werden. Damit soll ausgedrückt werden, daß dabei auf jegliche Erhöhung der Bruchfestigkeit des Hartgußteils verzichtet werden soll; vielmehr soll lediglich erreicht werden, daß im Falle des Bruchs im Hartgußteil die einzelnen Gußbruchstücke so miteinander »verklammert« sind, daß sie im wesentlichen zusammenhalten und nicht ins Innere der Maschinen etc. fallen, wo sie erhebliche Zerstörungen verursachen könnten.

Zur Erreichung dieses Zieles bedarf es nicht der bisher für notwendig gehaltenen großen Querschnitte und Gewichte der Einlagen in Hartgußstücken, sondern es genügen verhältnismäßig schwache Stahleinlagen mit insgesamt weniger als 1%, vorzugsweise weniger als 0,5%, des Gesamtgewichts des Gußstücks. Es hat sich sogar gezeigt, daß auf diese Weise die Bruchfestigkeit des Verbundgußstücks zwar nicht erhöht, aber nur so geringfügig herabgesetzt wurde, als dies im Hinblick auf die Klammerungsaufgabe erforderlich war, d. h. im allgemeinen um nur wenige Prozente des unverklammerten Gußteils. Dafür ist aber ein Auseinanderfallen der beim Bruch sich bildenden Bruchstücke wirksam verhindert

Eine klare Begründung für diese überraschende und allgemeinem fachmännischem Urteil zuwiderlaufende Tatsache ist z.Zt noch nicht gefunden, aber durch Versuche ersetzt Vielleicht wirken sich die Stahleinlagen im Guß ähnlich aus wie Lunker, welche ja auch die Bruchfestigkeit vermindern. Deshalb ist es wahrscheinlich vorteilhaft, das angestrebte Ziel auf dem Wege der geringst möglichen Schwächung des Gußquerschnitts zu erreichen.

Andererseits ist darauf hinzuweisen, daß die Elastizitätsmoduln von Stahl und Beton beinahe um eine Zehnerpotenz auseinanderliegen, während die Elastizitätsmoduln von Stahl und Hartguß zahlenmäßig nahe benachbart liegen. Auch ist die Biegebruchfestigkeit von Hartguß mit schätzungsweise 5000 kp/cm² um ein Vielfaches höher als die von Beton mit nur etwa 40 kp/cm² (je nach Güte verschieden). Daraus folgt, daß bei Klammerhartguß mit steigender Biegebeanspruchung die beiden Stoffe Stahl und Hartguß zunächst ziemlich parallel beansprucht werden bis zur Erreichung der Biegezugfestigkeit von Hartguß (-5000 kp/cm²); hier tritt der Bruch Von Haffguß ein. Im Unterschied zum Stahlbeton ist aber in diesem Augenblick des Bruchs bei Klammerhartguß auch die Festigkeitsbeanspruchung der Stahleinlagen bereits bis in die Nähe der Proportionalitätsgrenze angestiegen.

Eine weitere Steigerung der Belastung der Stahleinlagen über diese Grenze hinaus erscheint zumindest

unsicher, weil das Festigkeitsverhalten von Stahl die elastische Zone überschreitet. Selbst wenn man die Stahleinlagen um ein Vielfaches verstärken würde, wäre cjamit keine gesicherte und wesentliche Erhöhung der Bruchfestigkeit des Gußtejls z,u erreichen. Mit anderen s Worten, nach dieser, nicht völlig gesicherten Oberlegung, die aber durch Versuche gestützt wird, kann man bei Hartguß eine »Armierung« im Sinne von Stahlbeton gar nicht erreichen, sondern höchstens und optimal eine »Verklammerung«*

Als Obergrenze für die Bemessung der Stahleinlagen wurde oben angegeben, daß die Stahleinlagen weniger als 1%, vorzugsweise weniger als 0,5% des Gesamtgewichts des Klammergußstücks wiegen sollen. Die Untergrenze für die Stärke der Verklammerung liegt in ihrer Aufgabe begründet, zumindest im Bruchfalle das Gewicht der Bruchstücke zu tragen; diese Zahl wird im allgemeinen nach durchgeführten Versuchen schon bei etwa 0,02% des Gesamtgewichts erreicht Um unvorhergesehenen Belastungen durch zusätzliche äußere Kräfte nach Brucheintritt zu berücksichtigen, wird man im allgemeinen etwas stärkere Einlagen verwenden. Es bleibt aber überraschend, wie andersartig sich die Stahlbetoneinlagen im Klammerguß gegenüber Stahlbeton auswirken und wie dünn sie gehalten werden könnea

Zu dieser Grunderkenntnis tritt noch die Erfahrung, daß die Einlagen einerseits im Gußteil eine gewisse Beweglichkeit gegenüber dem Gußstück bewahren, andererseits stellenweise fest mit dem Gußstück verhaftet sein müssen, damit nicht Teile des Gußstücks beim Bruch aus i^-r Verklammerung herausgleiten können. Zu diesem Zwecke wird die Klammer gegen das Gußstück durch einen feuerfesten Oberzug, zweckmäßig mit einer Stärke zwischen 0,1 und 0,5 mm begrenzt beweglich gehalten; dadurch kann sich die Elastizität der Klammer hinreichend auswirken; unbeweglich eingespannte Klammern brechen nämlich wie Glas.

Pie vorerwähnten dönnen Umhflltangen, welche die Verschmelzung verhindern sollen, können durch Aufspritzen, Tauchen, Pinseln oder ähnliche Verfahren aufgebracht werden. Es wurden Umhüllungen als besonders vorteilhaft erkannt, welche Zirkonium enthalten.

Andererseits wurde erkannt, daß die Umhüllung der Einlagen höchstens 5% des Trockengewichts an Stoffen enthalten soll, die mit flüssiger Gußeisenschmelze chemisch reagieren. Dtes gilt z. B. für den manchmal empfohlenen Graphit, der zur Aufkohlung der unmittelbaren Umgebung der Einlagen führen kann, was wegen der dadurch hervorgerufenen Versprödung nicht erwünscht ist Auch ein Umhüllungsgehalt von mehr als 5%> des Trockengewichts ah gasbildenden Stoffen, wie Harzen, ist unerwünscht

Endlich kann die vorliegende Erfindung weiter verbessert werden, wenn die Einlagen an ihren Enden nicht umhüllt sind, so daß sie sich dort mit dem Gußwerkstoff fest verbinden, im übrigen aber gegen den Gußwerkstoff begrenzt beweglich bleiben, insbesondere in der Nähe des vermutlichen Bruchquerschnitts. Es ist vorteilhaft daß beiderseits des Bruchquerschnitts möglichst lange Stücke der Einlagen gegen den Gußkörper frei beweglich bleiben, damit ein hohes Maß an Dehnbarkeit der Stahleinlagen erreicht wird.

Die vorbeschriebenen Klammergußstöcke haben nach durchgeführten Versuchen zwar keine Erhöhung, eher eine minimale Verminderung der Bnichfestigkeit erbracht Indes wurde eben diese Verminderung im kleinsten möglichen Rahmen gehalten und trotzdem eine genügende Verklammerung der Bruchstücke nach eingetretenem Bruch im Guß erzielt Damit ist eine wesentliche Verbesserung der Verwendung von Guß, insbesondere Hartguß für bruchgefährdete Maschinenteile erreicht, wobei sich Hartguß in bekannater Weise durch eine mehrfache Verschleißfestigkeit gegenüber zäheren Gußwerkstoffen, wie Hartmanganstahl, erweist

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   X, Verklaromerung for auf Bruch durch Biegung, Zug oder Druck beanspruchte Gußstücke, insbesondere für Hartgußstücke, mit eingegossenen, aber gegen den Gußkörper durch einen Überzug begrenzt beweglich gehaltenen Stahleinlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtgewicht der Stahleinlagen auf weniger als 1% des Gesamtgewichtes des Gußstücks beschränkt ist, und daß die Stahleinlagen stellenweise durch metallische Verbindung mit dem Guß werkstoff im Hartgußstück verklammert sind.
2. 2. Verklammerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahleinlagen aus Stäben bestehen, die in der Nähe der vermutlichen Bruchstelle eine die Verschmelzung mit dem Gußwerkstoff verhindernde Umhüllung mit einer Stärke zwischen 0,1 und 0,5 mm tragen.
3. 3. Verklammerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mehrzahl von begrenzt gegeneinanderbeweglichen Stahleinlagen besteht, die zwischen der neutralen Zone und der nicht auf Verschleiß beanspruchten Außenfläche der Gußstücke angeordnet sind.