DE3324760A1

DE3324760A1 - Zylinder

Info

Publication number: DE3324760A1
Application number: DE19833324760
Authority: DE
Inventors: Ronald M. 53183 Wales Wis. Boggs; Donald P. Lomax
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1984-01-19
Also published as: GB2126310A; GB8317376D0; DE3324760C2; GB2126310B

Description

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

TELEFON: (08S) 84 36 38 TELEX: 521730 pate d CABLES: PATENDLICH QEHMERING RENDLICH, POSTFACH 13 26, D-8034 GERMEHING

BLUMENSTRASSE 8

D-8034 GERMERING 8. Juli 1983 E/AX Meine Akte: L-5108

Anmelder: Donald P. Lomax, 649 Stourbridge Place, Postfach

232, Wales, Wisconsin, 53183, USA

Ronald M. Boggs, Postfach 253, Wales, Wisconsin,

53183, USA

Zylinder

Die Erfindung betrifft einen Zylinder, der aus einem Metallrohr besteht, das eine Auskleidung aus einer korrosionsbeständigen Legierung aufweist, welche Zylinder beispielsweise in Extrudern, Spritzgußmaschinen oder in der Nahrungsmittelindustrie verwendbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinders.

Derartige ausgekleidete Zylinder, die eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen sollen, finden seit langem in Extrudern und Spritzgußmaschinen Verwendung. Das Metallrohr derartiger Zylinder besteht beispielsweise aus Flußstahl und die Auskleidung aus einem korrosionsbeständigen Metall oder einer Metallegierung, weshalb derartige Zylinder im folgenden als Bimetallzylinder bezeichnet werden sollen. Derartige Zylinder finden häufig Verwendung, weil in Extrudern oder in Spritzgußmaschinen durch eine Schnecke heißer plastischer Kunststoff herausgepreßt wird, der einen Abrieb verursachende Füllstoffe enthalten kann. Wegen der hohen Temperaturen, der einen Abrieb verursachenden Füllstoffe und der Wirkung der Schnecke sind normale Stahlzylinder nicht ohne weiteres verwendbar, weil eine schnelle Abnutzung oder Korrosion erfolgt.

Zur Herstellung bekannter Bimetallzylinder (US-PS 2 049 913 und 2 046 914) wird ein Stahlzylinder in einer horizontalen Lage angeordnet, in den eine gewisse Menge einer Legierung eingebracht wird, deren Schmelztemperatur niedriger als diejenige des Stahlzylinders ist. Die Legierung weist eine größere Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit als der Stahlzylinder auf. Die Enden des Zylinders werden durch Anschweißen von Kappen verschlossen und der Zylinder wird dann allmählich über die Schmelztemperatur der Legierung erhitzt. Der Zylinder wird schnell um seine Achse rotiert, um das Auskleidungsmaterial über die Innenfläche des Zylinders durch Zentrifugalkräfte zu verteilen. Der Zylinder wird dann allmählich abgekühlt, die Endkappen entfernt, wonach eine Bearbeitung der Oberfläche der Auskleidung erfolgt, um einen gewünschten Durchmesser und eine ausreichende Oberflächenglätte herzustellen.

Als Auskleidungsmaterial für Bimetallzylinder werden beispielsweise Eisenlegierungen (US-PS 2 049 913 und 3 658 515) benutzt, die eine Rockwell-C-Härte im Bereich von 58 bis 64 aufweisen und eine gute Abriebfestigkeit bei der praktischen Verwendung der Bimetallzylinder besitzen. Eisenhaltige Zylinder sind jedoch nicht besonders gut unter korrodierenden Bedingungen geeignet, zumal der Versuch, deren Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, oft zu einer Verringerung der Abriebfestigkeit führt.

In letzter Zeit wurden auch Legierungen aus Nichteisenmetallen bekannt,"die beispielsweise 40% Nickel, 45% Kobalt, 80/6 Chrom und 3%Bor und im Rest kleinere Mengen Kohlenstoff, Mangan, Silizium etc. enthalten. Es ist ferner bekannt, Karbidteilchen mit dem Hauptbestandteil aus Nichteisenmetall zu mischen (US-PS 4 089 466).Diese bekannte Karbidlegierung enthält 10 bis 35% Tantalkarbid in einer Legierungsmatrix aus 0,16 bis 0,35% Kohlenstoff, 28,5 bis 34,6 % Nickel, 9,5 bis 7,5% Chrom und 28,5 bis 42% Kobalt (jeweils in Gewichtsprozent). Kürzlich ist auch eine verbesserte Legierung auf den Markt gelangt, die eine Mischung von mindestens 2 Karbiden enthält, die einer Basislegierung

aus Nickel und Kobalt beigegeben sind.

In den letzten Jahren werden Bimetallzylinder nicht nur in Extrudern und Spritzgußmaschinen verwandt, sondern anstelle von nicht ausgekleideten oder mit Chrom plattierten Zylindern aus rostfreiem Stahl auch in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie verwandt.

Eine derartige Verwendung bisher bekannter Bimetallzylinder führt jedoch in der Praxis zu-einer Reihe von Schwierigkeiten. Beispielsweise werden in der Nahrungsmittelindustrie die Zylinder täglich in einer Säure beispielsweise während 45 Minuten bei einer Temperatur von 80 C gewaschen. In gewissen Anwendungsfällen wird ferner der Zylinder durch ein Kühlmittel oder ein Heizmedium beaufschlagt, so daß von der Außenseite her eine Korrosion verursacht wird. Die größten Schwierigkeiten können sich an den eingespannten oder eingesetzten Enden der Zylinder in der betreffenden Maschine ergeben, weil auftretende Korrosionseffekte zunächst nicht sichtbar sind.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Zylinder der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß er eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit insbesondere im Bereich der Enden des Zylinders aufweist. Ferner sollen derartige Zylinder für Anwendungszwecke, bei denen sie von der Außenseite her durch korrodierende Medien beaufschlagt werden, ein ausreichendes Wärmeleitvermögen und eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit besitzen. Ferner soll ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinders angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung wurde deshalb ein Trimetallzylinder geschaffen, der ein Rohr aus Flußstahl oder einer Stahllegierung aufweist, das mit Endringen aus rostfreiem Stahl oder anderem korrosionsbeständigen Material versehen ist.

Dieses Rohr wird mit einer abriebfesten und korrosionsbeständigen Legierung ausgekleidet, welche Auskleidung vorzugsweise in an sich bekannter Weise durch Verursachung von Zentrifugalkräften erfolgt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Bimetallzylinders,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Zylinders gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch das Ende des Zylinders in Fig. 2; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt eines Zylinders gemäß der Erfindung, bei dem der Endring mit einem besonderen Schweißverfahren angeschweißt ist.

Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Bimetallzylinder 10 besteht aus einem Rohr 12 aus Flußstahl, dessen Innenfläche mit einer abriebfesten und korrosionsbeständigen Legierung 14 ausgekleidet ist. Für das Rohr 12 ist auch die Verwendung von Stahllegierungen bekannt*, welche ebenso wie Flußstahl verhältnismäßig preisgünstig verfügbar sind und eine sehr gute Zugfestigkeit aufweisen. Derartige Trägermaterialien besitzen ferner ein sehr gutes Wärmeleitvermögen, das nahezu doppelt so groß wie bei rostfreiem Stahl ist und vergleichbar mit-dem Wärmeleitvermögen von verhältnismäßig teuren Chromnickellegierungen, die beispielsweise für Wärmetauscher Verwendung finden.

in

Zur Herstellung der Auskleidung wird das Rohr 12 eine vorherbestimmte Menge der Legierung eingebracht und Endkappen werden an den Enden des Rohrs angeschweißt. Das Rohr wird dann auf die Schmelztemperatur der Legierung zur Herstellung der Auskleidung erhitzt. Das erhitzte Rohr wird dann mit hoher Drehzahl rotiert, so daß eine Auskleidung der Innenwand des Rohrs durch Zentrifugalkräfte bewirkt wird. Bei

diesem Auskleideverfahren wird eine untrennbare metallurgische Haftung der Legierung an dem Rohr erzielt. Nach dem Abkühlen werden die Endkappen wieder entfernt, wonach eine Fertigbearbeitung des Bimetallzylinders in bekannter Weise erfolgt.

Fig. 2 zeigt einen trimetallischen Zylinder 20 gemäß der Erfindung, der aus einem Rohr 22 aus Flußstahl oder einer Stahllegierung und einer Auskleidung aus einer korrosionsbeständigen Legierung 24 besteht, die Verwendung welcher Materialien bei Bimetallzylindern an sich bekannt ist. Der Zylinder 20 unterscheidet sich jedoch von dem Zylinder 10 darin, daß der Endringe 26 aus Edelstahl aufweist, die zumindest am einen Ende des Zylindern vorgesehen sind, aber vorzugsweise an beiden Enden des Zylinders 20. Die Breite der Ringe 26 kann etwa 25 bis 50 mm oder mehr betragen, je nach dem speziellen Verwendungszweck des betreffenden Zylinders. Die Sorte des rostfreien Stahls für diese Ringe kann von dem Hersteller in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck und dem Ausmaß der korrodierenden Beanspruchung bestimmt werden.

Bei der Herstellung des Zylinders 20 werden die Ringe 26 aus rostfreiem Stahl an dem Rohr 22 vor der Auskleidung durch ein Zentrifugalverfahren befestigt. Die Auskleidung wird deshalb auf die Innenfläche des Rohrs und der Endringe 26 aufgebracht. Beispielsweise kann die Dicke der Auskleidung zwischen 0,8 und 2,4 mm betragen, um eine ausreichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeitjentlang der Innenwand des Zylinders 20 zu erzielen, so daß derartige Zylinder auch in Verbindung mit einem Schneckenantrieb oder an der Innenwand angreifenden Abstreifern verwendbar sind. Der Aüßendurchmesser kann beispielsweise einige Zentimeter oder mehr als 30 cm betragen und die Länge bis zu 6 m oder mehr.

Aus Fig. 3 und Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Wandstärke der Endringe etwas geringer als diejenige des Rohrs 22 sein kann, oder daß die Wandstärke in beiden Fällen gleich ist.

Es ist jedoch wichtig, daß die Innenfläche der Endringe 26 und des Rohrs 22 denselben innendurchmesser aufweisen, so daß sich ein glatter Übergang für die Auskleidung mit der Legierung 24 ergibt. Das bevorzugte Verfahren zur Befestigung der Endringe 26 an dem Rohr 22 besteht in einer Reibungs- oder Trägheitsverschweißung 28 in Fig. 3,obwohl auch eine konventionelle Schweißnaht 3 entsprechend Fig. 4 verwendbar ist. Nach dem Anschweißen muß darauf geachtet werden, daß die Schweißnaht aus den genannten Gründen eine glatte Innenfläche bildet. Nach dem Anschweißen der Endringe wird die Legierung in das Rohr eingebracht und Endkappen an den Endringen aus rostfreiem Stahl angeschweißt. Das Auskleiden und die schließliche Fertigstellung des Zylinders erfolgt wie bei den für Bimetallzylinder beschriebenen bekannten Verfahren.

Zur Herstellung eines Zylinders gemäß der Erfindung können für die Auskleidung eine große Anzahl von Legierungen Verwendung finden. Es können Eisenlegierungen oder eisenfreie Legierungen Verwendung finden, welche die eingangs beschriebenen Karbidteilchen enthalten können. Für Maschinen für die Nahrungsmittelindustrie besteht eine bevorzugte Legierung für die Auskleidung aus einer Nickel, Chrom und Kobalt enthaltenden Legierung, mit der die Auskleidung folgende Eigenschaften aufweist: Macrohärte 48-54 Rc, nominelle

2
Zugfestigkeit 2500 bis 3500 kg/cm , nominelle Druck-

2
festigkeit 18000 kg/cm , Bruchfestigkeit 0,21% und Dichte 8 g/cm . Die Verwendung einer derartigen Legierung für einen trimetallischen Zylinder führt zu einem Zylinder mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit. Der Zylinder kann in Verbindung mit üblichen Abstreifern eingesetzt werden. Da die Auskleidung dicker als bei bisher in der Nahrungsmittelindustrie verwandten mit Chrom plattierten Rohren sein kann, kann eine wesentliche Erhöhung der Standzeit erfolgen. Die Auskleidung ermöglicht eine 100/6-ige Berührung durch die Abstreifer und besitzt ein sehr hohes metallurgisches Haftvermögen an dem Rohr und den Ringen, im Gegensatz zu elektrolytisch aufgebrachten Auskleidungen

chromplattierter Nickelzylinder bekannter Art, bei denen ein geringeres Haftvermögen vorhanden ist. Die Verwendung einer Flußstahllegierung für das Rohr 22 ermöglicht ferner ein. sehr gutes Wärmeaustauschvermögen.

- Vo Leerseite

Claims

PIPL-PHYS."

PATENTANWALT

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

F. ENDLICH, POSTFACH 13 26, D-8034 GERMERING

TELEFON: (088) 64 36 3B

TELEX: 52 1730 pate d

CABLES: PATENDLICH GERMERING

BLUMENSTRASSE β

D-8034 GERMERING 8. Juli 1983 E/AX Meine Akte: L-5108

Anmelder: Donald P. Lomax, 649 Stourbridge Place,

Postfach 232, Wales, Wisconsin 53183, USA

Ronald M. Boggs, Postfach 253, Wales, Wisconsin,

53183, USA

Patentansprüche

Zylinder aus einem Metallrohr, das eine Auskleidung aus einer korrosionsbeständigen Legierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endring (26) mit einem oder beiden Enden des Metallrohrs (22) verbunden ist, welcher Endring eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Metallrohr aufweist, daß der Endring und das Metallrohr denselben Innendurchmesser aufweisen, und daß die Auskleidung entlang der gesamten Innenfläche ausgebildet ist.

Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus Flußstahl oder einer Stahllegierung besteht, und daß die Endringe aus rostfreiem Stahl bestehen.

Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Endringe an das Metallrohr angeschweißt sind.

Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich η e t , daß die Auskleidungslegierung metallurgisch an dem Metallrohr und den Endringen anhaftet.

5. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus einer Legierung aus Nickel, Kobalt und Chrom besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Zylinders nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Endringe an jedes Ende des Metallzylinders angeschweißt werden, die aus einem Material bestehen, das eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Material des Metallzylinders aufweist, daß die Innenflächen des Rohrs und der Ringe miteinander fluchtend verschweißt werden, daß eine Auskleidungslegierung in das verschweißte Rohr eingebracht wird, deren Schmelztemperatur niedriger als diejenige des verschweißten Rohrs ist, daß Endkappen an den Rohrenden befestigt werden und eine Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung erfolgt, daß das Rohr um seine Achse gedreht wird, um eine Auskleidung durch Zentrifugalkräfte zu bewirken, und daß nach dem Auskühlen die Endkappen entfernt werden und eine Fertigbearbeitung der Innenflächen des Zylinders erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Metallzylinders aus Flußstahl oder einer Stahllegierung und das Material der Endringe aus rostfreiem Stahl besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungslegierung Nickel, Kobalt und Chrom enthält.