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Verfahren zur Herstellung von Läufern für Drehkolbenkraft- und Arbeitsmaschinen,
wobei der Mantel an die Welle angegossen wird Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum. Herstellen von Läufern für Drehkolb.enkraft-und Arbeitsmaschinen sowie ähnlichen,
durch Schneidwerkzeuge bearbeitbaren walzenförmigen Werkstücken, bei welchen der
Außendurchmesser mit Rücksicht auf das; Anbringen von tiefen Einschnitten in dem
Bußeisernen Mantel ein. Mehrfaches des Durchr messers -der schmiedeeisernen oder
stählernen Welle beträgt. - Bei derartigen Werkstücken muß, wenn ider gußeisernne
Mantel wie bei Drehkolbenmaschinen in Umfangsrichtung große Kräfte zu übertragen
hat, die Verbindung zwischen Welle und Mantel besonders fest sein. Da nun die Welle
verhältnismäßig dünn ist, sind die baulichen Voraussetzungen für die Erzielung einer
besonders widerstandsfähigen Verbindung schlecht. Die bisher angewendeten mechanischen
Verbindungen, z. B. Keil- und Schrumpfverbindungen, haben sich jedenfalls im Dauerbetrieb
Aals unzulänglich erwiesen. Auch. wird -durch diese Verbindungsmittel der Mantel
in unerwünschter Weise , geschwächt oder beansprucht, was wiederum. bei .der Bemessung
des die Beanspruchungen übertragenden Mantelteiles berücksichtigt .werden ruß.
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Die Erfindung setzt nun an Stelle der bei solchen Werkstücken bisher
ausschließlich verwendeten mechanischen Verbindung eine metallurgische Verbindung,
d. h. eine innige Verschweißung zwischen Welle und Mantel, die :durch Angießen des
Mantels an -die Welle erreicht werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch
einfaches Angießen des Mantels an die Welle die gewollte- metallurgische Verbindung
nichterreicht wird, vielmehr eine klare Trennung zwischen dem Mantel- und dem. Wellenwerkstoff
bestehen bleibt, so daß die erzielte Verbindung gegenüber einer Keil- oder Schrumpfverbindung
keine Verbesserung bedeutet. Auch: die Anordnung von Haltevorsprüngen an der Welle
kann ,diesen Mangel nicht beseitigen. Das hat ;seine Ursache darin, daß die Schmelztemperaturen
der zu verbindenden Werkstoffe, Gußeisen und Stahl, zu reit iaiuseinanderliegen.
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Gemäß der Erfindung wird nun die angestrebte metallurgische Verbindung
von Mantel und Welle dadurch ,erzielt, daß das Umgießen der Welle unter Verwendung
einer an sich bekannten überlaufform durchgeführt wird, in die ein Mehrfaches der
zur Bildung des Mantels notwendigen Gußeisenmenge eingegossen wird. Durch das reichliche
Nachgießen von flüssigem Gußeisen wird um die Welle herum. längere Zeit eine flüssige
Zone aufrechterhalten. Die Welle erwärmt sich auf die Temperatur des Gußeisens und
ist dann in der Lage, ;dem flüssigen Gußeisen Kohlenstoff zu entziehen- Der Kohlenstoffgehalt
der Randzone der Welle steigt bis über den
eutektoiden Gehalt an,
wodurch die Schmelztemperatur sinkt. Da nun die Gießtemperatur des Gußeisens immer
etwas höher als. der Scbunelzpunkt liegt, besteht nunmehr die Möglichkeit einer
Verschmelzung des Gußeisens mit der kohlenstoffreichen Randzone des . Stahlas oder
des Schmiedeeisens der Welle. Eine Erwärmung der Walle vor dem Gießen ist nicht
notwendig, da die Erwärmung der Welle von dem flüssigen Gußeisen übernommen wird.
Selbstverständlich liegt die Anwendung .einer geringen Vorwärmung der Welle durchaus
im. Rahmen der Erfindung.
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Das Angießen eines Mantels an einen. Kern ist bereits bei der Herstellung
von Verbundhartgußwalzen bekanntgeworden. Man hat hierbei u. a. auch den Vorschlag
;gemacht, den Hartgußmantel mit dem Kern durch reichliches Nachgießen und überlaufenlassen
des flüssigen Eisens zu verschweißen. Tatsächlich. wird aber unter den bei der Herstellung
von Verbundhartgußwalzen obwaltenden Bedingungen die angestrebte Verschweißung nicht
erreicht, weil sich entgegengesetzte Forderungen einander ;gegenüberstehen. Das
flüssige Metall des Hartgußmantels soll einerseits zur Erzielung einer harten Oberfläche
möglichst rasch erkalten, während es anderseits zur Erreichung der Verschweißung
möglichst lange flüssig bleiben soll. Das führt zu der weiteren Forderung, daß man
den Kern außerordentlich hoch, nämlich bis zu einer der Schmelztemperatur des Gußeisens.
nahekommenden Temperatur erhitzen muß. Bei der :starken Erhitzung ,des Kernes. läßt
es. sich nicht vermeiden, daß dieser an der Oberfläche oxydiert, so daß -besondere
Mittel angewendet werden müssen, um die einer Verschweißung hinderliche Oxydierschicht
zu beseitigen. Die Erfüllung der beiden entgegengesetzten Forderungen wird ferner
dadurch außerordentlich erschwert, @daß der anzugießende Hartgußmantel nur eine
geringe Wandstärke bat, also ,einen kleinen Wärmespeicher darstellt. Man wird also
entweder nur eine Walze erzielen können, die nicht die gewünschte Oberflächenhärte
aufweist, also nicht brauchbar ist, oder bei der eine genügende Verschweißung des
Mantels mit dem Kern nicht stattgefunden hat, also eine Verbindung erzielt wird,
die hohen Beanspruchungen, wie sie bei Iden eingangs erwähnten Werkstücken auftreten,
auf .die Dauer nichtgewachsen .ist.
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Auf Grund der Gießverfahren für Hartgußwalzen war somit nicht zu erkennen,
daß bei der Herstellung .der der Erfindung zugrunde liegenden Werkstücke die ihrer
Zweckbestimmung genügende Festigkeit der Verbindung zwischen Mantel und Welle erreicht
wird, wenn der Mantel unter Verwendung einer überlaufform an die Welle angegossen
und ein Mehrfaches der zur Bildung des Mantels notwendigen Gußeisenmenge engewendet
wird. Es bedurfte vielmehr erst der ;Erkenntnis, daß die Voraussetzungen beim .:.Gießen
solcher Werkstückedie Verschweißung begünstigen. Beiden -der Erfindung zugrunde
liegenden Werkstücken erfolgt das Angießen ,des Mantels wegen der Forderung nach
Bearbeitbarkeit durch Schneidwerkzeuge in einer Sand- oder Lehmform, die im Gegensatz
zu der beim Gießen von Hartgußwalzen üblicher. Kokillenform stark wäxmeisolierendwirkt:
Die Wärme des flüssigen Metalls wird also nur langsam nach außen abgeführt. Ferner
ist der die Welle umgebende Mantel nicht wie bei Hartgußwalzen eine dünne Schale,
sondern er hat eine im Verhältnis zum Durchmesser des Kernes große Wandstärke; er
stellt also einen großen Wärmespeicher dar, während die Wärmemenge, die zur Anwärmung
der Welle auf die Schweißtemperatur notwendig ist, infolge deren kleinen Durchmessers
nur ganz ,gering ist. Es wirken also eine Reihe von Umständen zusammen, die die
Verschweißung der beiden Werkstoffe begünstigen, während sich in anderer Hinsicht
der Zweckbestimmung des Werkstückes ungünstige Nebenumstände nicht ergeben.
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Der Vollständigkeit halber sei noch -erwähnt, daß man beim Angießen
von Schichten aus Nichteisenlegierungen, wie Kupfer- oder Bleilegierungen, an Eisenkörper,
z. B. Lagerschalen, bereits in ähnlicher Weise wie nach der Erfindung vorgegangen
ist. Hierbei wird jedoch., auch wenn wie z. B. bei Kupfer- und Bleilegierungen .die
Schmelztemperatur sehr hoch liegt, so daß leicht eine Gießtemperatur erreichbar
ist, die der Schmelztemperatur des Eisens der Lagerschale entspricht, eine Verbindung
erzielt, die man mit einer Verschweißung zweier sich lediglich durch ihren Kohlenstoffgehalt
unterscheidender Eisensorten nicht vergleichen kann. Es wird immer eine ziemlich
scharfe Grenze zwischen den beiden verschiedenartigen Werkstoffen vorhanden sein,
während bei der Verbindung von Stahl und Gußeis@en im Sinne der Erfindung eine Übergangszone
mit allmählich sich änderndem Kohlenstoffgehalt entsteht, wodurch eine innige und
insbesondere hohen Beanspruchungen gewachsene Verbindung gewährleistet wird. Man
ist auch z. B. bei der Anbringung von Rippen aus ;gut wärmeleitenden Metallen an
Zylindern umgekehrt vorgegangen und hat die Rippen in einer Gießform gelagert, derartig,
daß. sie mit den zu befestigenden Kanten etwas in den Formhohlraum hineinragen,
iund hat dann in die Form mehr Gußeisen eingegossen, als zur Bildung des Zylinders
notwendig ist. Die Rippen sind
dabei mit einem leicht schmelzenden
Schutzfilm. überzogen, der durch die Wirkung des flüssigen Gußeisens abgeschmolzen
werden soll. Der Gußeisenüberschuß wird hierbei angewendet, um eine unzulässige
Abkühlung des den Zylinder bildenden Guß.eisens von. seiten der Rippen zu vermeiden
sowie das von den Rippen abschmelzende Metall, welches das Gußeisen verunreinigen-
würde, auszuwaschen.
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Ferner hat man beim Anbringen von Graugußschichten auf Stahlgußkbrper,
z. B. Graugußlaufschichten auf Stahlgußlagersch.alen, den Stahlgußkörper meine Matrize
eingespannt und mit dieser in einem Graugußbad so lange bewegt, bis die von der
Matrize frei gelassene Fläche von dem Bad angegriffen wurde, worauf dann der Gegenstand
!unter gleichzeitiger Entnahme :der zur Bildung der Auftrageschicht notwendigen
Gußeisenmemge aus dem Bad entfernt wurde. Der Anwendung dieses Gießverfahrens sind
jedoch durch die Größe und die Gestalt der Werkstücke Grenzen gesetzt. Für die Herstellung
der den Gegenstand der Erfindung bildenden, verhältnismäßig heißen walzenförmigen
Werkstücke kommt ausschließlich das bei der Herstellung von Verbundhartgußwalzen
angewendete Gießen in einer feststehenden Form in Betracht.