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Verbundgußkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen verschleißbeanspruchten, kompakten
Verbundgußkörper, insbesondere zur Zerkleinerung von Mineralstoffen, vornehmlich
auf einen Schläger von Schlägermühlen, bestehend aus einem Hartgußkern und einem
denselben umgebenden Mantel aus einem relativ weichen und zähen Metall, vorzugsweise
Stahl, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundgußkörpers.
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Es ist bekannter Stand der Technik, ein Verbundgußteil, z.B.
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Schläger von Schlägermühlen, so herzustellen, daß man ein hartes und
verschleißfestes Teil an ein weiches und zähes Teil angießt oder die beiden Teile
miteinander verschweißt.
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Das harte Teilstück eines solchen Verbundgußkörpers kommt hierbei
mit den verschleißenden Stoffen in Berührung, wo hingegen der weiche Teil des Verbundgußkörpers
nur Haltefunktionen, z.B. bei der Befestigung des Verbundgußkörpers an einer Maschine,
ausübt. Die nahezu unüberwindliche Schwierigkeit bei solchen bekannten Verbundgußkörpern
besteht darin, eine ausreichend feste Nahtstelle zwischen dem weichen und dem harten
Teil zu erreichen.
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Ein Verbundgußkörper der eingangs bezeichneten Gattung ist des weiteren
bereits durch das deutsche Gebrauchsmuster 1 690 793 bekannt geworden. Bei diesem
bekannten Verbundgußkörper sind große Teile des Hartgußkerns von einem Stahlmantel
umschlossen, nicht jedoch die unmittelbar dem Verschleiß ausgesetzte Fläche des
Hartgußkerns. Da die dem Verschleiß ausgesetzte Partie des bekannten, in der Regel
plattenförmigen Verbundgußkörpers eine große Oberfläche aufwies, war es nicht möglich,
das den harten Kern bildende Hartgußmaterial unmittelbar in den Stahlmantel einzugießen.
Ein solches vereinfachtes Verfahren hätte auf Grund der großen freibleibenden Verschleißoberfläche
infolge der beim Erkalten auftretenden
Schrumpfvorgänge von vornherein
zu untragbaren Unregelmäßigkeiten der Verschleißfläche des Hartgußkerns geführt.
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Bei dem bekannten Verbundgußkörper war es daher erforderlich, eine
Sandform herzustellen, in die auch der den Hartgußkern später umgebende Stahlmantel
mit eingeformt werden mußte.
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Es leuchtet ein, daß ein auf diese Weise hergestellter Verbundgußkörper
mit sehr hohen Fertigungskosten belastet ist.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil des bekannten Verbundgußkörpers
besteht darin, daß der Hartgußkern bei Schlagbeanspruchung infolge der verhältnismäßig
großen freien Verschleißfläche leicht springt und damit unbrauchbar wird, insbesondere
dann, wenn für den Hartgußkern sehr harte und damit entsprechend spröde Materialien
verwendet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbundgußkörper
der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß er ohne großen kostenmäßigen
und technischen Aufwand herstellbar ist und sein Hartgußkern auch bei großer Schlagbeanspruchung
und längerer Betriebsdauer nicht springt bzw.
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unbrauchbar wird.
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Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird das Problem in überraschend
einfacher und vorteilhafter Weise im wesentlichen dadurch gelöst, daß der relativ
weiche und zähe Metallmantel die dem Verschleiß ausgesetzte Fläche des Hartgußkerns
zumindest teilweise umgibt.
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Ein solcher Verbundgußkörper läßt sich relativ leicht herstellen,
wobei das flüssige Material des späteren Hartgußkerns unmittelbar in eine verhältnismäßig
kleine öffnung im Metallmantel eingefüllt werden kann, wobei keinerlei Ungleichmäßigkeiten
der Oberflächen des Hartgußkerns befürchtet zu werden brauchen, da ja dessen Verschleißfläche
erfindungsgemäß ebenfalls, zumindest teilweise, von dem weichen und zähen Metallmantel
umgeben werden soll.
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Gleichzeitig wird durch die Erfindung der wesentliche Vorteil erreicht,
daß die dem Verschleiß ausgesetzte Oberfläche des Hartgußkerns durch das dieselbe
zumindest teilweise umgebende Mantelmaterial abgestützt und somit ein vorzeitiger
Bruch des Hartgußkerns vorteilhaft vermieden wird. Dieser wesentliche Vorteil der
Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, extrem harte und spröde Materialien für
den Hartgußkern zu verwenden, so daß ein geringst möglicher Verschleiß des Verbundkörpers
erzielt wird.
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Dem vorerwähnten wesentlichen Vorteil der Erfindung steht auch keineswegs
die Tatsache entgegen, daß der weiche Metallmantel - sofern er die dem Verschleiß
ausgesetzte Oberfläche des Hartgußkerns umgibt - ebenfalls dem Verschleiß ausgesetzt
ist und mit dem Hartgußkern zusammen gleichmäßig verschleißt.
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Der Mantel wirkt jedoch dessen ungeachtet weiterhin abstützend an
den jeweils noch nicht vom Verschleiß betroffenen Stellen.
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Das heißt, der zähe und weiche Metallmantel verschleißt zusammen mit
dem Hartgußkern derart, daß der verbleibende Mantelrest jeweils den verbleibenden
Kernrest weiterhin abstützt.
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In vorteilhafter Weiterbildung des Grundgedankens der Erfindung wird
vorgeschlagen, daß der Metallmantel als ein den Hartgußkern beinahe allseitig umschließender
Hohlkörper ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Metallmantel den Hartgußkern
bis auf eine weniger als 20 % der Kernoberfläche große Eingußöffnung bedeckt. Diese
Merkmale ermöglichen ein Einfüllen des flüssigen Hartgußmaterials unmittelbar in
den umgebenden Metallmantel, ohne daß es hierzu der vorherigen Herstellung einer
Sandform bedarf.
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Die äußere Gestaltung des erfindungsgemäßen Verbundgußkörpers kann
sich je nach dem speziellen Verwendungszweck richten.
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Ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit wird z.B. eine längliche oder
prismatische Gestaltung des Verbundgußkörpers
vorgeschlagen, wobei
derselbe zweckmäßigerweise annähernd gleichen Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse
besitzt.
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Für bestimmte Zwecke z.B. bei der Verwendung des Verbundgußkörpers
als Schläger einer Schlägermühle, kann es auch zweckmäßig sein, wenn der Metallmantel
und damit auch der von diesem umschlossene Hartgußkern konisch ausgebildet ist.
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Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundgußkörpers dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallmantel mit flüssigem Hartgußmaterial ausgegossen oder vollgeschweißt
wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Verbundgußkörper
so herzustellen, daß Metallmantel und Hartgußkern getrennt gefertigt und erst nachträglich
vereinigt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erdindung können anhand von
Ausführungsbeispielen der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung entnommen
werden. Es zeigt (in schematischer Darstellung): Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform
eines quaderförmigen Verbundgußkörpers nach der Erfindung im Schnitt längs der Linie
I-I in Fig. 2, Fig. 2 den Verbundgußkörper nach Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 3 eine
andere Ausführungsform eines Verbundgußkörpers nach der Erfindung im Schnitt längs
der Linie III-III in Fig. 4, Fig. 4 den Verbundgußkörper nach Fig. 3 in Draufsicht,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundgußkörpers im Schnitt
längs der Linie V-V in Fig. 6, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig.
5, Fig. 7 einen Verbundgußkörper in leicht konischer Ausführung im Schnitt längs
der Linie VII-VII in Fig. 8,
Fig. 8 den Gegenstand von Fig. 7 in
Draufsicht, Fig. 9 eine andere Ausführungsform eines konisch gestalteten Verbundgußkörpers
in Schnittdarstellung entsprechend Fig. 7, Fig. 10 eine Ausführungsform eines Verbundgußkörpers,
bei dem der Hartgußkern durch innen im Metallmantel angebrachte Schweißpunkte gehalten
ist (Schnittdarstellung entsprechend Fig. 6), Fig. 11 eine weitere Ausführungsform
eines konisch gestalteten Verbundgußkörpers im Schnitt längs der Linie XI-XI in
Fig. 12, Fig. 12 den Gegenstand von Fig. 11 in Draufsicht, Fig. 13 und 14 im Schnitt
entsprechend Fig. 11 dargestellte weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen
der den Hartgußkern umgebende Metallmantel Vor- bzw. Rücksprünge zwecks formschlüssiger
Verbindung mit dem Kern aufweist, Fig. 15 und 16 in Schnittdarstellung entsprechend
Fig. 13 und 14 weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen eine Verbindung
zwischen Hartgußkern und umgebendem Metallmantel durch Schrauben bzw. eingeschweißte
Metallstücke hergestellt ist, Fig. 17 einen Verbundgußkörper mit auswechselbarem
Hartgußkern in Schnittdarstellung entsprechend Fig. 16, Fig. 18 eine weitere Ausführungsform
eines Verbundgußkörpers im Schnitt längs der Linie XVIII-XVIII in Fig. 19, bei dem
der durch den äußeren Metallmantel umschlossene Innenraum und damit auch der Hartgußkern
durch mehrere Stahlzwischenlagen teilweise unterteilt ist, und
Fig.
19 den Gegenstand von Fig. 18 in Draufsicht.
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Bei dem Verbundgußkörper nach Fig. 1 und 2 ist der innere spröde und
verschleißfeste Hartgußkern mit 10 bezeichnet.
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Er ist etwa quaderförmig ausgebildet und an seinen vier den Umfang
bildenden Seitenflächen durch einen zähen und relativ weichen Metallmantel 11, 12,
vorzugsweise aus Stahl, abgedeckt bzw. abgestützt. Der Metallmantel besteht hierbei,
wie insbesondere Fig. 2 verdeutlicht, einerseits aus einem handelsüblichen genormten
U-Profil 11, das an seinen Schenkelenden mit einem Flachprofil 12 bei 13, 14 verschweißt
ist, so daß sich insgesamt ein an allen vier Seitenflächen geschlossener Hohlkörper
ergibt. Die Fläche 15 sei bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 besonders stark
verschleißbeansprucht. Bei längerem Betrieb, z.B. bei Verwendung des Verbundgußkörpers
als Schläger einer Schlägermühle, ergibt sich infolge Abnutzung eine Gestaltung
des Verbundgußkörpers, wie sie etwa durch die Verschleißlinie 16 gekennzeichnet
ist.
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Es ist hieraus deutlich erkennbar, daß nicht nur der Hartgußkern 10
(in seinem Bereich 17) abgenutzt wird, sondern daß vielmehr auch der Metallmantel
11 (in seinem angrenzenden Bereich) ebenso einer Abnutzung durch Verschleiß unterliegt.
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Der mit 18 bezifferte Restteil des Hartgußkerns 10 wird indessen weiterhin
durch den verbleibenden Rest des Metallmantels 11, 12 abgestützt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist der hier ebenfalls quaderförmige
Hartgußkern 10 nahezu allseitig von einem weichen, zähen Metallmantel umgeben. Dieser
setzt sich zusammen aus einem Vierkant-Rohrprofil 19, das an seinen beiden Stirnseiten
durch eingeschweißte Bleche 20, 21 verschlossen ist. Das obere Abdeckblech 21 weist
jedoch eine Öffnung 22 auf, die als Einguß für das flüssige Material des Hartgußkerns
10 dient. Der somit gleichzeitig als Gießform dienende Metallmantel 19, 20, 21 steht
auf einer Stahlunterlage 23, mit der er bei 24, 25 verschweißt ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 wird der weiche Metallmantel,
ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4, durch ein Vierkant-Rohrprofil
26 gebildet, das jedoch nur an seiner unteren Stirnseite durch ein angeschweißtes
Blechteil 27 verschlossen ist.
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Bei dem in Fig. 5 und 6 gezeigten Gegenstand handelt es sich vorzugsweise
um einen Schläger einer Schlägermühle zur Hartzerkleinerung von mineralischen Stoffen,
wie z.B. Gestein.
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Die Drehrichtung des nicht gezeigten Rotors ist in Fig. 5 durch einen
Pfeil 28 angedeutet. Demnach wirkt auf den Hartgußkern 10 eine Zentrifugalkraft
in Pfeilrichtung 29.
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Die am stärksten auf Verschleiß beanspruchten Zonen entsprechend der
Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind dementsprechend mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Es gilt daher diesbezüglich das zu Fig. 1 und 2 Gesagte. Um eine vorzeitige
Abnutzung des Metallmantels im Bereich 15 zu verhindern, ist in Fig. 5 eine mögliche
Variante angedeutet, die sich durch eine zusätzliche gestrichelt dargestellte Auftragsschweißung
30 im Bereich 15 bzw. 17 auszeichnet.
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Diese Variante ist selbstverständlich auch bei den meisten der in
den übrigen Figuren dargestellten Ausführungsformen anwendbar.
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Im Falle der Verwendung des Verbundgußkörpers als Schläger einer Schlägermühle,
wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 vorgesehen ist, gilt es des weiteren,
ein Herausschleudern des Hartgußkerns 10 aus dem Metallmantel 26, 27 infolge der
Zentrifugalkraft 29 zu verhindern. Zu diesem Zweck ist in das Vierkant-Rohrprofil
26 des Metallmantels ein Rohr 31 bei 32, 33 eingeschweißt, und zwar zeitlich vor
dem Einguß des flüssigen Kernmaterials. Hierdurch wird der später erstarrte Hartgußkern
10 in seiner aus Fig. 5 ersichtlichen Lage gehalten.
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Die Ausführungsform nach Fig. 7 und 8 entspricht im wesentlichen der
Ausführungsform nach Fig. 5 und 6, so daß hierzu das im Vorstehenden Gesagte entsprechend
gilt. Beim Gegenstand
nach Fig. 7 und 8 ist jedoch noch eine zusätzliche
Sicherung des Hartgußkerns 10 gegen Herausschleudern infolge der Zentrifugalkraft
29 vorgesehen, welche Sicherung darin besteht, daß der aus vier Einzelteilen 34-37,
die an den Kanten 38-41 miteinander verschweißt sind, zusammengesetzte Metallmantel
und damit auch der von diesem umschlossene Hartgußkern 10 konisch ausgebildet ist.
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Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist durch die Konizität des
Verbundgußkörpers eine Sicherung gegen Zentrifugalkräfte vorgesehen. Außerdem weist
der Metallmantel 42 an seinem unteren breiten Ende metallische Einschweißungen 43,
44 auf, die ein Herausrutschen des Hartgußkerns 10 in Pfeilrichtung 45 verhindern
sollen. Die Schweißnähte 46, 47 sind hierbei von außen angebracht.
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Auch der Verbundgußkörper nach Fig. 10 weist Halteelemente für den
Hartgußkern 10 innerhalb des Metallmantels 48 auf.
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Es handelt sich hierbei um Schweißpunkte 49, die vor dem Einguß des
flüssigen Kernmaterials auf die Innenwand des Metallmantels 48 aufgebracht werden
müssen.
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Bei dem Verbundgußkörper nach Fig. 11 und 12 ist der Hartgußkern 10
wiederum in beiden Richtungen (Pfeile 50, 51) gegen Herausfallen aus dem Metallmantel
52 bzw. Verrutschen gegenüber demselben gesichert. Hierzu dient einmal die konische
Form des Verbundgußkörpers. Zum anderen ist der Metallmantel 52 von einem Metallstift
53 durchsetzt, der außen bei 54, 55 punktförmig mit dem Metallmantel 52 verschweißt
ist. Der Stift 53 wirkt sich außerdem gleichzeitig günstig hinsichtlich einer Versteifung
des Metallmantels 52 aus.
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Eine andere Möglichkeit, einen festen Verbund zwischen dem Hartgußkern
10 und dem umgebenden weichen und zähen Metallmantel 56 bzw. 57 zu schaffen, zeigen
die Ausführungsformen
nach Fig. 13 und 14.
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Nach Fig. 13 weist der Hartgußkern 10 zu dem genannten Zweck verschiedenartig
geformte Rücksprünge auf, in die entsprechend geformte Vorsprünge 58-61 des weichen
und zähen Metallmantels 56 formschlüssig eingreifen. Die Vorsprünge 58-61 lassen
sich mit Hilfe geeigneter Preßwerkzeuge maschinell in den Metallmantel einbringen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 weist umgekehrt der Hartgußkern
Vorsprünge 62-65 auf, die in entsprechende Rücksprünge im weichen und zähen Metallmantel
57 hineinragen.
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Da der Metallmantel 56 bzw. 57 bei den Ausführungsformen nach Fig.
13 und 14 unten offen ist, sollte dieser beim Eingießen des flüssigen Kernmaterials
auf eine glatte Sandformoberfläche gestellt werden.
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Weitere Möglichkeiten, einen festen Verbund zwischen dem inneren Hartgußkern
und dem umgebenden weichen und zähen Metallmantel herzustellen, sind in den Figuren
15-17 aufgezeigt.
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Nach Fig. 15 ragen in den Metallmantel 66 von außen eingeschraubte
Schrauben 67 in den Hartgußkern 10 hinein, wobei die Verbindung durch Eingießen
des flüssigen Hartgußmaterials in den Metallmantel 66, in dem sich bereits die Schrauben
67 befinden, erfolgt.
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Eine ähnliche Ausführungsform zeigt Fig. 16. Hier sind anstelle von
Schrauben stiftartige Teile 68 vorgesehen, die mit dem Metallmantel 69 bei 70 verschweißt
sind und in das Innere des Hartgußkerns 10 eingreifen.
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Eine weitere Variante ist in Fig. 17 verdeutlicht. Bei dieser Ausführungsform
sind in dem inneren Hartgußkern 10 Schraubenmuttern 71 eingebettet, in die dann
von außen Schrauben 72
eingeschraubt sind, die den weichen Metallmantel
73 in Ausnehmungen 74 durchsetzen. Auf diese Weise wird eine lösbare Verbindung
zwischen dem Hartgußkern 10 und dem umgebenden Metallmantel 73 geschaffen. Die Ausführungsform
nach Fig. 17 unterscheidet sich also von den übrigen in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen ganz wesentlich dadurch, daß der Hartgußkern 10 auswechselbar
ist. So ist es z.B. hierdurch möglich, den Hartgußkern 10 bei fortgeschrittenem
Verschleiß etwa bis zur Verschleißlinie 75 nach Lösen der Schrauben 72 aus dem Metallmantel
73 herauszunehmen und, um 180 Grad gedreht, anschließend wieder in diesen einzusetzen
und zu verschrauben. Es gelangt dadurch der noch unverbrauchte Teil 76 des Hartgußkerns
10 an die dem Hauptverschleiß ausgesetzte Stelle (in der Zeichnung oben links) und
kann wiederum etwa bis zu einer entsprechenden Verschleißlinie (gestrichelt angedeutet
und mit 77 bezeichnet) im Einsatz sein. Man erreicht hierdurch vorteilhaft nahezu
eine Verdoppelung der Standzeit des Verbundgußkörpers.
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Um ein Verdrehen der Muttern 71 in dem Hartgußkern 10 bzw.
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ein Herausfallen aus diesem zu verhüten, weisen die Muttern 71 jeweils
eine eingefräste Abflachung 78 auf.
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In Fig. 18 und 19 ist nun eine von den im Vorstehenden beschriebenen
Ausführungsformen völlig abweichende Variante eines Verbundgußkörpers nach der Erfindung
gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen Verbundgußkörper, der quaderförmig ausgebildet
ist und an fünf seiner Umfangsflächen von einem weichen und zähen Metallmantel 79
umschlossen ist.
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Das Besondere bei der Ausführungsform nach Fig. 18 und 19 besteht
darin, daß der innere Hartgußkern 10 durch drei sich zwischen den Wänden des Metallmantels
79 erstreckende Zwischenwände 80, 81 und 82 teilweise unterbrochen ist. Wie Fig.
18 zeigt, erstrecken sich die Zwischenwände 80, 81, 82 etwa bis auf halbe Höhe des
Hartgußkerns 10, so daß dieser nur in seiner oberen Hälfte verbunden, in der unteren
Hälfte aber in vier Teilstücke unterteilt ist. Der Vorteil besteht darin,
daß
durch die teilweise Unterteilung des Hartgußkerns 10 dieser von dem Metallmantel
79 bzw. den einzelnen Zwischenwänden 80, 81, 82 bei der zu erwartenden Beanspruchung
und dem entsprechenden Verschleiß bzw. Abnutzung leichter abgestützt werden kann,
als wenn der Hartgußkern einteilig ausgebildet wäre. Diese Ausführungsform erlaubt
insbesondere sehr große Verbundgußkörper.
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Der Verbundgußkörper nach Fig. 18 und 19 eignet sich insbesondere
als Schläger einer Schlägermühle. Der Metallmantel 79 weist zu diesem Zweck - wie
insbesondere aus Fig. 18 erkennbar ist - seitliche Nasen 83 auf, die in entsprechende
Führungsnuten 84 im Rotor 85 der Schlägermühle eingreifen.
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Die Bewegungsrichtung des Rotors ist durch einen Pfeil 86 angedeutet.
Nach längerer Betriebszeit ergibt sich dann wieder eine gestrichelt gezeichnete
und mit 87 bezifferte Verschleißlinie bzw. Verschleißfläche, Hierbei wirkt es sich
günstig aus, daß die Zwischenwände 80, 81, 82 nur bis zur halben Höhe des Hartgußkerns
10 reichen. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßige, nicht durch einzelne Einkerbungen
unterbrochene Abnutzungsfläche (87).