DE9300296U1

DE9300296U1 - Verschleißhemmendes Flachmaterial mit selbsttätiger Verschleißanpassung

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Publication number: DE9300296U1
Application number: DE9300296U
Authority: DE
Original assignee: Stahlgruber Otto Gruber GmbH and Co
Current assignee: Stahlgruber Otto Gruber GmbH and Co
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2003-01-13

Description

Verschleißhenunendes Flachmaterial mit selbsttätiger Verschleißanpassung

Die Erfindung betrifft ein verschleißhemmendes Flachmaterial, das zum Aufbringen auf vor Verschleiß zu schützenden Oberflächen, insbesondere Metalloberflächen, vorgesehen ist und eine selbsttätige Verschleißanpassung in der Weise zeigt, daß die Verschleißfestigkeit mit zunehmendem Verschleiß zunimmt, so daß eine automatische Anpassung der Verschleißfestigkeit an die entsprechende Verschleißbeanspruchung resultiert.

Der Schutz verschleißgefährdeter Oberflächen, insbesondere von Metalloberflächen, durch verschleißhemmende Beschichtungen ist auf zahlreichen Gebieten der Technik, insbesondere der Verfahrens- und Fördertechnik, von großer Bedeutung, z.B. in der Keramikindustrie und in der Bautechnik. Förderung, Transport und Verarbeitung harter Materialien führen grundsätzlich zu einer starken mechanischen Beanspruchung damit in Kontakt stehender Wandmaterialien oder Oberflächen und somit zu einem entsprechenden Verschleiß.

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Typische verschleißgefährdete Objekte sind beispielsweise die Wandungen von Reaktoren, Behältern, wie z.B. von Kugel- oder Stabmühlen, Rohrleitungen, besonders Bögen und Krümmern, Förderrinnen, Rutschen, Schütten, Bunkern, Silos, Rollen und Walzen, sowie etwa Einräumerwalzen für Schneckenpressen oder Ventilatoren und Rührer, die in Kontakt mit abrasiven Medien gelangen.

Nach dem Stand der Technik werden verschleißgefährdete Oberflächen mit einem verschleißbeständigeren, verschleißhemmenden Material beschichtet. Diese Beschichtung kann aus einem Matrixmaterial bestehen, in dem entsprechende verschleißhemmende Partikel oder Fasern eingebettet sind .

Alternativ kann die verschleißhemmende Beschichtung auch aus entsprechend verschleißbeständigen Platten, insbesondere Keramikplatten, bestehen, die in verschiedener Weise, etwa durch Kleben, Vernieten oder Verschrauben, mit der zu schützenden Oberfläche verbunden sein können.

Besonders problematisch sind, insbesondere bei der Beschichtung mit Keramikplatten, gewölbte oder gekrümmte Oberflächen, da diese nur mosaikartig mit geeignet geschnittenen Verschleißschutzplatten, besonders Keramikplatten, verkleidet werden können, was wiederum das Problem einer unerwünschten Ablösung der Verschleißschutzplatten aus dem Verband mit sich bringt, da die zahlreichen Verfugungskanten entsprechend gefährdete Angriffspunkte für strömende Medien darstellen.

Aus DE 35 24 55O ist eine Verschleißschutzplatte bekannt, die aus einer Unterplatte aus verstärktem Kunststoff und einer Oberplatte aus einzelnen verschleißbeständigen Kera-

mikplatten besteht, die mit einem Kleber auf der Unterplatte befestigt sind. Diese bekannten Verschleißschutzplatten können nur mosaikartig, insbesondere auf gekrümmte Oberflächen, aufgebracht werden.

Aus US 4 58O 735 ist eine Kugelmühlen-Auskleidung bekannt, die aus einer Unterschicht aus Kautschuk besteht, in die Befestigungsschrauben eingelassen sind. Auf dieser Unterschicht aus Kautschuk ist eine Polyurethanschicht mit darin eingebetteten Keramikziegeln vorgesehen. Auch dieses Auskleidungsmaterial weist die oben erläuterten Nachteile von Mosaikstrukturen auf.

DE 30 30 557 betrifft verschleißhemmend beschichtete Einräumerwalzen für Schneckenpressen für die Keramikindustrie, deren verschleißhemmende Beschichtung aus einer Epoxyharzmatrix besteht, in der als verschleißhemmendes Material Edelkorundpartikel vorgesehen sind.

DE 39 31 959 ist eine Spachtelmasse zur verschleißhemmenden Beschichtung von Oberflächen zu entnehmen, die aus einem Polyurethansystem mit darin dispergierten verschleißhemmenden Füllstoffen, insbesondere SiO&ldquor; bzw. Korund, besteht.

Aus US 51 09 970 ist ferner eine verschleißhemmende Prallplatte bekannt, die aus einer Polyurethanmatrix mit darin eingelassenen, vorzugsweise zylindrischen Keramikkörpern besteht, wobei die Keramikkörper auf einem Verbindungsdraht aufgefädelt sind, um ein Herausfallen oder Herauslösen der Keramikkörper aus der Matrix zu verhindern. Die Herstellung entsprechender Keramikkörper wie auch der Prallplatten ist entsprechend sehr aufwendig. Die Prallplatten werden ferner auf die schützende Oberfläche aufgeschraubt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verschleißhemmendes Flachmaterial zum Aufbringen auf vor Verschleiß zu schützende Oberflächen, insbesondere Metalloberflächen, und besonders auch gekrümmte Oberflächen, anzugeben, das als verschleißhemmende Komponenten darin eingebettete Formkörper enthält, die durch geeignete Maßnahmen vor einem Herausbrechen oder Herauslösen geschützt sind und so ausgebildet und angeordnet sind, daß eine selbsttätige Verschleißanpassung erzielt wird. Ferner sollen damit versehene, verschleißfest beschichtete bzw. ausgerüstete Objekte angegeben werden.

Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.

Das erfindungsgemäße verschleißhemmende Flachmaterial weist eine schichtförmige Matrix auf, in der verschleißhemmende Formkörper eingebettet sind, deren Härte größer ist als die der Matrix; es ist dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißhemmenden Formkörper eine solche Form aufweisen und derart in der Matrix angeordnet sind, daß sie folgenden Bedingungen genügen:

(A) Für jeden Punkt der Querschnittskontur aller Querschnitte der Formkörper in einer zur Grundfläche des Flachmaterials senkrechten Ebene gilt für den sich zur Grundfläche hin öffnenden Winkel OL zwischen der Tangente an die Querschnittskontur im betreffenden Punkt und der durch diesen Punkt gehenden Normalen zur Grundfläche:

O -COL <&iacgr; 90° ;

(B) die in Bezug auf die Grundfläche der schichtförmigen Matrix höchsten Punkte der Formkörper liegen in oder nur wenig unterhalb der Oberfläche des Flachmaterials.

Die Formkörper des erfindungsgemäßen Flachmaterials besitzen eine Mohs-Härte von mehr als S, vorzugsweise von mindestens 7 und insbesondere von mindestens 9·

Formkörper mit geeigneter Härte bestehen erfindungsgemäß vorteilhaft aus Titan, Wolfram, Al&ldquor;0 , SiO&ldquor; bzw. Quarz, ZrO&ldquor;, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titannitrid oder Keramik, insbesondere aus Keramik bzw. Hartkeramik auf der Basis von Al₂O oder Al₂O /SiO₂-

Derartige Keramikmaterialien mit großer Härte sind dem Fachmann geläufig, so daß eine nähere Erläuterung ihrer Herstellung und Eigenschaften nicht erforderlich ist. Besonders geeignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Keramikmaterialien mit einem Verschleißwert nach DIN 50332 (Schrägstrahlverschleiß) von 0,25 bis 0,1 cm³ . Derartige Materialien vereinen eine hohe Härte mit hoher Korrosionsfestigkeit und ausreichender Temperaturwechselbeständigkeit bei einem guten Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Für bestimmte Einsatzfälle können auch Formkörper aus sog. Biokeramik eingesetzt werden, d.h., Keramiken vom CaO-P^O^SiO-Typ mit Apatit- und Wollastonit-Kristallphasen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei in den Fig. 2 bis 5 und 9 bis 38 vorteilhafte Ausführungsformen dargestellt sind.

Fig. 1 dient zur Erläuterung der beiden oben angegebenen
Bedingungen (A) und (B), denen Form und Anordnung der
Formkörper erfindungsgemäß unterliegen:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt Q durch einen nichtgeometrisch geformten Formkörper, wobei die Querschnittsebene senkrecht auf der Grundfläche F der schichtförmigen Matrix steht. Fig. 1 erläutert das Kriterium (A), wonach für
jeden Punkt P der Kontur K aller Querschnitte Q des Formkörpers in einer zur Grundfläche F senkrechten Ebene der
sich zur Grundfläche F hin öffnende Winkel ex zwischen der Tangente T an die Querschnittskontur K im Punkt P und der durch den Punkt P gehenden Normalen N zur Grundfläche F
die Bedingung gilt:

0 ^ OC <L 90° .

Fig. 1 zeigt für drei Punkte, P , P&ldquor; und P , durch welche die Normalen N , N&ldquor; bzw. N hindurchgehen, die entsprechenden Winkel oc , ex- bzw. oc zwischen diesen Normalen und den Tangenten T , T bzw. Ta.

Durch diese Konturbedingung sind zwei Wirkungen sichergestellt:

- Das sichere Festhalten der Formkörper in der Matrix, da sich der Formkörper zur Grundfläche F hin gewissermaßen immer mehr verbreitert,

sowie

- die in Normalrichtung auf die Grundfläche F hin zunehmende Querschnittsfläche in einer Ebene parallel zur

Grundfläche F, so daß bei zunehmendem Abtrag durch Verschleiß in dieser Richtung eine immer größer werdende harte Fläche in der entsprechenden Matrixfläche freigelegt wird, also die Härte des Gesamtverbunds entsprechend zunimmt.

Die Bedingung (B) bedeutet, daß die Formkörper zunächst vollständig oder fast vollständig in der Matrix eingebettet sind und erst durch zunehmenden Verschleiß freigelegt werden, und zwar umso tiefer, je stärker der Verschleiß an den betreffenden Stellen ist, so daß aufgrund der damit einhergehenden Erhöhung der Verschleißfestigkeit durch Freilegung zunehmender Formkörperflächen schließlich bei geeigneter Flächendichte der Formkörper eine Kompensation einer lokal erhöhten Verschleißbeanspruchung erzielt wird, aufgrund deren dann das Abnutzungsverhalten eines so selbsttätig verschleißentsprechend abgenutzten Flachmaterials ein in allen Flächenbereichen gleichmäßiger weiterer Verschleiß resultiert. Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Flachmaterialien ist für die Praxis besonders vorteilhaft, da es keine Teilbereiche der verschleißhemmenden Beschichtung gibt, die früher als andere bis zur Abnützungsgrenze verbraucht sind.

Die Einbettung der Formkörper zeigen die Fig. 2 bis 5 im Querschnitt, wobei jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet sind.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Flachmaterial, das aus einer schichtförmigen Matrix 1 mit darin eingebetteten Formkörpern 2 besteht, deren höchste Punkte H im Querschnitt knapp unterhalb der Oberfläche S des Flachmaterials liegen. Da die Formkörper 2 eine gegenüber dem Matrixmaterial höhere Härte aufweisen, kann entsprechend

von ihnen keine Formänderungsarbeit aufgenommen werden. Deshalb ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform unter der Matrix 1 eine Unterschicht 3 vorgesehen, die vorteilhaft weich bzw. elastisch ist, um entsprechende Druckbeanspruchungen durch die Formkörper 2 aufzunehmen.

Die Unterschicht 3 kann eingefärbt sein und so als Signalschicht dienen, welche die Verschleißgrenze des Materials anzeigt. Auch in der Matrix 1 kann eine solche Signalschicht vorgesehen sein.

Zwischen der Unterschicht 3 und der schichtförmigen Matrix 1 ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ein Träger 4 vorgesehen, auf dem die Formkörper 2 angebracht sind. Der Träger 4 ist vorteilhaft ein gitterartiger, siebartiger oder netzartig ausgebildeter Träger mit eckigen oder runden Zwischenräumen bzw. Löchern und entspricht beispielsweise Trägern, wie sie in der Keramikindustrie beispielsweise für Fliesen, besonders für Mosaikfliesen, verwendet werden. Diese Träger sind nicht flächig geschlossen und erlauben entsprechend eine Verbindung der Unterschicht 3 mit der Matrix 1. Die Struktur nach Fig. wird mit der Unterfläche U der Unterschicht 3 auf die zu schützende Oberfläche aufgebracht, vorteilhaft durch Kleben .

Der Träger 4 erlaubt es, Anordnung und räumliche Orientierung der Formkörper 2 genau vorzugeben, weshalb seine Verwendung erfindungsgemäß bevorzugt ist. Solche Träger bestehen vorteilhaft aus Papier, Pappe, Kunststoffolien, Metallfolien oder einem Netz aus Kunststoffasern oder Draht. Grobe Gitter- bzw. Netzstrukturen sind für den Träger 4 bevorzugt, da hierdurch die Kohäsionskräfte des Materials der Matrix 1 bzw. der Unterschicht 3 nicht rele-

vant verringert werden, da das Material durch die Öffnungen hindurchdringen kann.

Das in Fig. 4 dargestellte Flachmaterial weist bezüglich der Matrix 1 den gleichen Aufbau wie das Material der Fig. 2 und 3 auf, ist jedoch über eine Haftvermittlerschicht 7 auf der Metalloberfläche 5 einer Metallschicht 6 vorgesehen. Die Metallschicht 6 mit der Metalloberfläche 5 kann dabei dem vor Verschleiß zu schützenden Körper selbst entsprechen oder eine Metallplatte sein, die ihrerseits in geeigneter Weise auf der zu schützenden Oberfläche aufgebracht wird, die im Rahmen der Erfindung nicht notwendigerweise eine Metalloberfläche sein muß.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachmaterials entspricht der von Fig. 3 mit dem Unterschied, daß auf der Unterfläche U der Unterschicht 3 über eine Haftvermittlerschicht 7 eine Metallschicht 6 vorgesehen ist. Auch für diese Metallschicht gilt das zu Fig. 4 Gesagte, daß sie dem zu schützenden Objekt zugehören oder eine unabhängige Platte darstellen kann, die ihrerseits auf ein zu schützendes Objekt aufgebracht werden kann .

Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Metallschicht 6 dem vor Verschleiß zu schützenden Objekt selbst entspricht.

In den Fig. 6 und 7 ist die erfindungsgemäße selbsttätige Verschleißanpassung veranschaulicht:

Während in Fig. 2 die Matrix 1 mit den darin eingebetteten Formkörpern 2 im Herstellungszustand dargestellt ist, bei dem die höchsten Punkte H der Formkörper gerade noch von

der Matrix 1 überdeckt sind, zeigen die Fig. 6 und 7 zwei Zustände mit zunehmender Abnutzung durch Verschleiß. Man erkennt, daß der Durchmesser a bei einem als Beispiel gewählten kegelförmigen Formkörper 2 mit zunehmendem Verschleiß größer wird, was wiederum eine Vergrößerung der harten gegenüber der weicheren Oberfläche des Flachmaterials und damit eine zunehmende Verschleißfestigkeit mit sich bringt. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß durch geeignete Wahl der Flächendichte der Formkörper 2, d.h., der Anzahl an Formkörpern pro Flächeneinheit, und geeignete Wahl des Kegelwinkels (bzw. entsprechender Winkel bei anders geformten Formkörpern 2) eine ideale Anpassung an unterschiedliche Verschleißverhältnisse in Abhängigkeit vom Einsatzfall möglich ist.

Nachdem das erfindungsgemäße Flachmaterial nicht notwendigerweise ein plattenförmiges, starres Material darstellt, sondern, was besonders bevorzugt ist, vor Ort auf beliebig geformten, gekrümmten oder gewölbten Oberflächen erzeugt werden kann, liegen entsprechend auch die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile nicht vor, die beim Aufbau von Mosaikstrukturen aus starren Platten, z.B. Keramikplatten, auftreten.

Ein typisches Anwendungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt, die einen schematischen Querschnitt durch einen zylindrischen Behälter zeigt, wie er etwa bei Kugelmühlen verwendet wird. Auf der Innenseite der Wandung 8 des Behälters ist ein erfindungsgemäßes Flachmaterial vorgesehen, das in der Matrix 1 eingebettete Formkörper 2 aufweist, wobei zwischen der Wandung 8 und der Matrix 1 eine Unterschicht 3 vorgesehen ist, die als elastische Schicht Formänderungsarbeit aufnimmt.

In den Fig. 9 bis 35 sind typische Formkörper dargestellt, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden können. Alle dargestellten Formkörper erfüllen die oben angegebene Bedingung (A). Ein besonders geeigneter Formkörpertyp ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Die zuckerhutartige Form der kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Formkörper ist besonders bei der Herstellung aus Keramikmaterial vorteilhaft, da die entsprechenden Formen einfach sind. Auch das Aufbringen auf einem Träger 4 (vgl. Fig. 3) ist in diesem Fall besonders leicht. Außerdem läßt sich aufgrund der geometrisch regelmäßigen Form eine besonders leicht einstellbare progressive Flächenzunahme mit fortschreitendem Verschleiß erzielen. Der Kegelwinkel wird günstigerweise im Hinblick auf das verwendete Matrixmaterial, besonders die Adhäsion daran, und die angestrebte Flächenzunahme bei Verschleiß ausgewählt. Hierzu können einfache Vorversuche herangezogen werden.

Die Fig. 11 bis 16 zeigen vierseitige, fünfseitige bzw. sechsseitige Pyramiden und entsprechende Pyramidenstümpfe.

Die Fig. 17 und l8 zeigen eine Halbzylinderform, die gemäß Fig. l8 auch hohl sein und einen Längskanal aufweisen kann. Damit auch die Stirnflächen (9) des Halbzylinders der Bedingung (A) genügen, sind sie nicht senkrecht, sondern etwas zum Körper hin geneigt ausgebildet.

Die Fig. 19 und 20 zeigen eine Halbkugel bzw. ein Halbkugelsegment, die ebenfalls vorteilhafte Formen darstellen. Gleiches gilt auch für die in den Fig. 21 und 22 dargestellten Rotationsellipsoide, wobei Fig. 22 ein entsprechendes Segment darstellt. Im Vergleich zu der konischen Form der Formkörper der Fig. 9 und 10 weisen die Formkörper der Fig. 19 bis 22 eine andere Progression in der

durch Verschleiß freigelegten Fläche in Abhängigkeit von der Verschleißtiefe auf. Demgemäß ist eine auf den jeweiligen Anwendungszweck hin optimierte Formkörperauswahl möglich.

Die Fig. 23 und 24 zeigen einen tetraedrisch ausgebildeten Formkörper, der gemäß Fig. 24 an der Spitze abgeschnitten ist .

Fig. 25 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäß verwendbaren Formkörpers, der sowohl einem nichtrotationssymmetrischen Formkörper gemäß Fig. 26 als auch einem rotationssymmetrischen Formkörper gemäß Fig. 27 zugehören kann. Auch diese Formkörper erfüllen die Bedingung (A), wobei der Formkörper von Fig. 26 etwas nach innen geneigte Stirnflächen 9 aufweisen muß.

Fig. 28 zeigt einen prismatischen Formkörper, dessen Stirnflächen 9 ebenfalls nach innen geneigt sind. Auch solche Formkörper sind erfindungsgemäß geeignet.

Im Rahmen der Erfindungskonzeption ist auch die Verwendung 'exotisch' geformter Formkörper möglich, wie beispielsweise in Fig. 29 dargestellt. Der Einsatz dieser Formkörper bleibt Spezialanwendungen vorbehalten.

Die Formkörper können sowohl massiv als auch hohl sein. Hohle Formkörper bringen den Vorteil einer Gewichtsersparnis mit sich, wobei andererseits aber eine geringere Flächenzunahme bei der Abnutzung vorliegt, wenn der Hohlraum bei Abnutzung geöffnet wird oder von vornherein offen ist. Die Fig. 30 bis 32 zeigen Beispiele für hohle Formkörper von kegelförmigem Typ. Während bei dem Formkörper von Fig. 30 der Hohlraum ebenfalls kegelförmig ist, ist der Hohlraum im Fall des Formkörpers von Fig. 31 zylindrisch.

Fig. 32 zeigt, daß der Hohlraum auch durch eine schräge, nicht mit der Zylinderachse zusammenfallende Bohrung erzeugt werden kann. Allgemein gilt, daß die Öffnungen von Hohlräumen so angeordnet sein sollten, daß ein Eindringen des Matrixmaterials bei der Herstellung ohne Einschluß von Luft möglich ist.

Fig. 33 zeigt einen erfindungsgemäßen, kegelstumpfförmigen Formkörper, der im Fußbereich eine umlaufende Nut 10 in einer Ebene parallel zur Grundfläche aufweist.

Dieser Formkörper erfüllt außer im Nutbereich die Bedingung (A). Er wird entsprechend so eingesetzt, daß die Nut 10 tiefer als die maximale Verschleißtiefe liegt. Die Nut 10 bringt den Vorteil mit sich, daß hierdurch eine zusätzliche Verankerungswirkung erzielt wird.

Anstelle der Nut 10 kann auch ein Fuß 11 am Formkörper angeformt sein, wie Fig. 34 zeigt. Dieser Fuß kann sich sowohl außerhalb als auch innerhalb des Verschleißbereichs befinden.

Fig. 35 zeigt schließlich einen kegelförmigen Formkörper, der eine Bohrung 12 in Querrichtung in einer Ebene parallel zur Grundfläche aufweist. Durch diese Bohrung können entsprechende Formkörper entweder durch eindringendes Matrixmaterial oder etwa mit einem Verbindungsdraht befestigt werden, wobei die Bohrung tiefer als die maximale Verschleißtiefe liegt.

Die Formkörper weisen, insbesondere aus Herstellungsgründen, vorteilhaft gerundete Kanten auf.

Aus der Erfindungskonzeption folgt ferner, daß die Formkörper besonders günstig eine plane Bodenfläche aufweisen, mit der sie entweder direkt auf der Unterschicht 3 oder einer anderen Trägerschicht, etwa einer Metalloberfläche 5, oder auch auf einem Träger 4 aufgebracht werden können. Eine plane Bodenfläche gewährleistet entsprechend eine gleichartige Orientierung und Ausrichtung der Formkörper 2 in der Matrix 1.

Die Matrix 1 und/oder die Unterschicht 3 bestehen vorteilhaft aus einem Elastomer, wofür insbesondere Naturkautschuk, Synthesekautschuke, Polyisoprene, Polybutadiene, EPDM-Kautschuke, Butylkautschuk, Siliconkautschuke oder etwa Polyurethane in Frage kommen, wobei Polyurethane erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind.

Die Formkörper können erfindungsgemäß grundsätzlich in beliebiger Weise über die Fläche des Flachmaterials verteilt angeordnet sein, wobei regelmäßige Anordnungen aufgrund der erheblich leichter vorausberechenbaren Flächenprogression mit zunehmender Abnutzung bevorzugt sind. Die Fig. 36 und 37 zeigen zwei typische Anordnungen, die bei Fig. 36 in orthogonalen Reihen und Spalten und bei Fig. 37 in einer hexagonalen Struktur vorliegen. Die hexagonale Anordnung 13 hat den Vorteil, daß Strukturen gleichseitiger Dreiecke I4 vorliegen, aufgrund deren jeder Formkörper 2 gleichen Abstand von seinen nächsten Nachbarn aufweist.

Die Verteilung der Formkörper über die Fläche des Flachmaterials kann in verschiedenen Bereichen unterschiedlich sein. Hierdurch lassen sich, unabhängig von der selbsttätigen Einstellung der Verschleißfestigkeit, von vornherein unterschiedliche Verschleißfestigkeiten in bestimm-

ten Flächenbereichen durch höhere oder niedrigere Flächendichten der Formkörper einstellen. Auch hierin liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung, da beim Stand der Technik bisher keine gezielte, berechenbare Freifläche an verschleißhemmendem Verstärkungsmittel in Abhängigkeit vom Verschleiß erzielbar war.

Fig. 38 bezieht sich auf die Ausführungsform der Erfindung, bei der auf der der zu verkleidenden Fläche zugewandten Unterseite des Flachmaterials eine oder mehrere Nuten 15 vorgesehen sind (Fig. 38A), in die entsprechende Schrauben l6 mit T-förmigem Kopf 17 (Fig. 3§B) einsetzbar sind, mit denen das Flachmaterial auf der Innen- oder Außenseite eines zu schützenden Objekts durch Schrauben befestigt werden kann. Derartige Schrauben l6 mit T-förmigem Kopf 17 sind in der Technik als sog. Nutensteine bekannt und handelsüblich.

Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform liegen folgende Merkmale vor:

- Die Matrix 1 besteht aus einem Polyurethan;

- die Formkörper 2 bestehen aus einem Keramikmaterial;

- die Formkörper 2 besitzen die Form von Kegelstümpfen;

- die Formkörper 2 sind auf einem Träger 4 angeordnet;

- auf der Unterseite der Matrix 1 ist eine elastische Unterschicht 3 aus Polyurethan oder einem Kautschuk vorgesehen;

- das Flachmaterial ist mit der Unterfläche U der Unterschicht 3 über eine Haftvermittlerschicht bzw. Primerschicht auf Polyurethanbasis mit der vor Verschleiß zu schützenden Metalloberfläche 5 verbunden.

Die Polyurethansysteme, wie sie auch erfindungsgemäß geeignet sind, sind dem Fachmann geläufig und handelsüblich und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung. Gleiches gilt auch für die Haftvermittler bzw. Primer auf Polyurethanbasis.

Das für die Matrix 1 bzw. die Unterschicht 3 verwendete Polyurethan besitzt vorzugsweise eine Shore-A-Härte von mindestens 40 und eine Shore-D-Härte von höchstens 85·

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachmaterialien erfolgt entsprechend unter Verwendung der oben spezifizierten Formkörper unter Erfüllung der Bedingung (A), die in der Matrix so angeordnet werden, daß auch die Bedingung (B) erfüllt ist.

Prinzipiell kann so verfahren werden, daß zunächst die Unterschicht 3 hergestellt wird, auf der die Formkörper angeordnet bzw. über einen Träger 4 aufgebracht werden, die dann mit dem Matrixmaterial umgeben werden, das durch chemische Reaktion bzw. Härtungs- oder Vernetzungsreaktion in die Matrix 1 umgewandelt wird. Derartige Reaktionen sind dem Fachmann für alle in Frage kommenden Materialien für die Matrix 1 sowie die Unterschicht 3 geläufig, ebenso entsprechende Haftvermittlersysteme.

Alternativ kann zunächst die Matrix 1 aus dem Matrixmaterial mit darin eingebetteten Formkörpern 2 hergestellt werden, auf deren Grundfläche F dann die Unterschicht erzeugt wird, über die das Material dann mit einem Substrat verbunden werden kann.

Eine wichtige Verfahrensweise, welche die Erzeugung der Flachmaterialien auch vor Ort und auf belie-

big geformten gekrümmten oder gewölbten Oberflächen erlaubt, umfaßt folgende wesentlichen Verfahrensschritte:

(I) Aufbringen eines Matrixmaterials für die Matrix 1 auf einer Oberfläche, vorzugsweise einer vor Verschleiß zu schützenden Oberfläche, insbesondere einer Metalloberfläche 5,

(II) Einbringen der Formkörper 2 in richtiger Orientierung in das Matrixmaterial

und

(III) Umwandlung des Matrixmaterials in die Matrix 1.

Besonders vorteilhaft ist auch folgende Verfahrensweise, die ebenfalls vor Ort und zur Beschichtung beliebig geformter, nichtebener Oberflächen besonders geeignet ist:

(i) Aufbringen der Formkörper 2 auf eine Oberfläche, vorzugsweise eine vor Verschleiß zu schützende Oberfläche, insbesondere eine Metalloberfläche S,

(ii) Aufbringen eines Matrixmaterials auf die Oberfläche mit den darauf aufgebrachten Formkörpern 2 unter Einbettung der Formkörper

und

(iii) Umwandlung des Matrixmaterials in die Matrix 1.

Bei allen genannten Verfahren ist der Einsatz von auf einem Träger 4 vorgesehenen Formkörpern 2 besonders vorteilhaft. Bei geeigneter Form und Lage der zu be-

schichtenden Oberfläche ist es jedoch auch möglich, besonders bei der Herstellung von Plattenmaterialien, die Formkörper 2 auf eine zuvor erzeugte dünne Schicht des Matrixmaterials oder auf die Unterschicht oder das zu ihrer Herstellung verwendete Unterschichtmaterial in der gewünschten Anordnung und mit der richtigen Orientierung aufzustreuen oder aufzulegen; diese Verfahrensweise hat den Vorteil einer maximalen Verbindung zwischen Matrix 1 und Unterschicht 3·

Eine Metalloberfläche 5, die mit der Grundfläche F der Matrix 1 oder der Unterfläche U der Unterschicht 3 zu verbinden ist, wird zunächst in üblicher Weise vorbehandelt, insbesondere durch Sandstrahlen oder Glasstrahlen, und gegebenenfalls anschließendes Entfetten, und dann mit einer dem verwendeten Material der Matrix 1 bzw. der Unterschicht 3 entsprechenden Haftvermittler oder Primer behandelt, um eine optimale Haftung zwischen beiden Materialien zu erzielen.

Auch die Oberfläche der Formkörper 2 wird vorteilhaft vor ihrem Einsatz mit einem entsprechenden Haftvermittler behandelt .

Die Erfindung ist insbesondere auch zur verschleißhemmenden Beschichtung von gekrümmten oder gewölbten Oberflächen geeignet, beispielsweise zur Innenbeschichtung eines zylindrischen Behälters, wie er schematisch im Querschnitt in Fig. 8 dargestellt ist. Hierfür sowie auch für die Außenbeschichtung von Körpern eignen sich die an sich bekannten Rotationsgießverfahren, Sprühverfahren und Heißgießverfahren; letztere sind besonders für die Herstellung von Platten geeignet.

Beim Rotationsgießverfahren wird die vorbehandelte und mit Haftvermittler versehene zu beschichtende Oberfläche, etwa die Innenoberfläche der Wandung 8 des Behälters von Fig. 8, im Rotationsguß mit dem Material der Unterschicht und anschließend dem Matrixmaterial oder nur mit dem Matrixmaterial beschichtet, wobei auf der Innenseite der Wandung 8 oder auf der darauf vorgesehenen Unterschicht 3 Formkörper 2, vorteilhaft auf einem Träger 4 , angeordnet werden, so daß sie anschließend vom Matrixmaterial der Matrix 1 eingebettet werden.

Beim Sprühverfahren werden die entsprechenden Schichten durch Aufsprühen aufgebracht, wobei prinzipiell analog dem Rotationsguß verfahren wird.

Beim Rotationsgießverfahren sowie beim Sprühverfahren resultiert eine Matrix 1, in der zwar die Formkörper 2 höhenmäßig, bezogen auf die Grundfläche F der Matrix, gleichartig angeordnet sind, die Oberfläche der Matrix jedoch aufgrund des Auftragsverfahrens Unebenheiten zeigt. Diese Unebenheiten werden durch ein spanabhebendes oder abrasives Verfahren abgetragen, um eine der Idealform mehr oder weniger nahe kommende Oberfläche der Matrix 1 zu erzielen, insbesondere durch Schleifen oder Ausdrehen. Aufgrund der höhenmäßig exakten Anordnung der Formkörper 2, besonders bei Einsatz auf einem Träger 4> besteht hierbei keinerlei Risiko des Herausreißens von Formkörpern 2 aus der Matrix 1 bei der erforderlichen mechanischen Nachbearbeitung.

Die Erfindungskonzeption läßt sich besonders vorteilhaft bei der verschleißhemmenden Beschichtung von Metalloberflächen anwenden, im besonderen bei nichtebenen, gebogenen

oder gewölbten Oberflächen, beispielsweise bei Behältern, Rohren, Leitungen, Krümmern, Bögen, Schütten, Walzen, Rollen, Rädern, Schnecken, Rührerflügeln, Ventilatorflügeln, etc. Besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich entsprechend für die Erfindung gerade dort, wo die dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren des mosaikartigen Aufbringens von Plattenmaterialien mit besonderen Nachteilen behaftet sind.

Die Erfindung betrifft entsprechend auch die mit den erfindungsgemäßen Flachmaterialien beschichteten bzw. ausgerüsteten Gegenstände.

Die Vorteile der Erfindung liegen im geringen Flächengewicht der Beschichtung im Vergleich zur herkömmlichen Beschichtung mit Keramikplatten, der optimalen Applizierbarkeit auch auf kompliziert geformten dreidimensionalen Oberflächen, der Korrosionsfreiheit der Materialien, der geringen Geräuschentwicklung im Einsatz, der außerordentlich leichten Auswechselbarkeit bzw. Ausbesserbarkeit vor Ort, der idealen Anpaßbarkeit an die jeweils vorliegenden Verschleißverhältnisse durch Wahl der Flächendichte und Geometrie der Formkörper und insbesondere darin, daß neben der absolut sicheren Festlegung der Formkörper in der Matrix erstmalig eine gezielte und beliebig einstellbare selbsttätige Anpassung der Verschleißfestikeit an den lokal vorliegenden Verschleiß möglich ist.

Claims

Ansprüche

1. Verschleißhemmendes Flachmaterial

zum Aufbringen auf vor Verschleiß zu schützende Oberflächen, insbesondere Metalloberflächen,

das eine schichtförmige Matrix (l) aufweist, in der verschleißhemmende Formkörper (2) eingebettet sind, deren Härte größer ist als die der Matrix (1),

dadurch gekennzeichnet, daß

die verschleißhemmenden Formkörper (2) eine solche Form aufweisen und derart in der Matrix (1) angeordnet sind, daß sie folgenden Bedingungen genügen:

(A) Für jeden Punkt (P) der Querschnittskontur (K) aller Querschnitte (Q) der Formkörper (2) in einer zur Grundfläche (F) des Flachmaterials senkrechten Ebene gilt für den sich zur Grundfläche (F) hin öffnenden Winkel { oC ) zwischen der Tangente (T) an die Querschnittskontur (K) im Punkt P und der durch den Punkt P gehenden Normalen (N) zur Grundfläche (F):

750-X 2584GM-SF-Bk

O <QL 6. 90° ;

(B) die in Bezug auf die Grundfläche (F) der schichtförmigen Matrix (1) höchsten Punkte (H) der Formkörper (2) liegen in oder nur wenig unterhalb der Oberfläche (S) des Flachmaterials (Fig. 1, 2).

2. Flachmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) aus einem Material mit einer Mohs-Härte von mehr als 5, vorzugsweise von mindestens 7 und insbesondere von mindestens 9 bestehen.

3· Flachmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) aus Titan, Wolfram, Al^O-, SiO₁-, bzw. Quarz, ZrO&ldquor;, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Keramik vom CaO-P&ldquor;O_-SäO-Typ mit Apatit- und Wollastonit-Kristallphasen oder aus Keramik bzw. Hartkeramik auf der Basis von Al&ldquor;0 oder Al&ldquor;0 / SiO&ldquor; bestehen.

4. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 j dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundfläche (F) der Matrix (l) eine Unterschicht (3) vorgesehen ist.

5· Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (l) und/ oder die Unterschicht (3) aus einem Elastomer, insbesondere aus Naturkautschuk, Synthesekautschuk, Polyisopren, Polybutadien, EPDM-Kautschuk, Butylkautschuk, Siliconkautschuk oder einem Polyurethan, bestehen.

6. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2)

auf ihren der Grundfläche (F) der Matrix (l) zugekehrten Bodenflächen auf einem dünnen, nicht flächig geschlossenen Träger (4) angeordnet sind, der in der Matrix (l) oder der Unterschicht (3) eingebettet ist oder sich im Grenzflächenbereich zwischen der Matrix (l) und der Unterschicht (3) im Kontakt mit beiden Schichten befindet (Fig. 3)·

7· Flachmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) gitterartig, siebartig oder netzartig mit eckigen oder runden Löchern bzw. Zwischenräumen, insbesondere als Gitterband, Gitterplatte oder Netz, ausgebildet ist und die Formkörper (2) auf den zwischen den Löchern befindlichen Stegen angeordnet sind.

8. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) aus Papier, Pappe, einer Kunststoffolie, einer Metallfolie oder einem Netz aus Kunststoffasern oder einem Drahtnetz besteht.

9· Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) über eine Haftvermittlerschicht mit der Matrix (1) und gegebenenfalls auch mit der Unterschicht (3) verbunden sind.

10. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es mit der Grundfläche (F) der Matrix (l) oder mit der Unterfläche (U) der Unterschicht (3) auf einer Metalloberfläche (5) einer Metallschicht (6) aufgebracht ist (Fig. 4)·

11. Flachmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche (5) über eine Haftvermittlerschicht (7) oder eine Primerschicht (7) mit der Grundfläche (F) der Matrix (l) oder mit der Unterfläche (U) der Unterschicht (3) flächig verbunden ist.

12. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matrix (l), der Unterschicht (3) oder der darunter vorgesehenen Metallschicht (6) Nuten (15), vorzugsweise mit T-förmigem Querschnitt, vorgesehen sind, in die Schrauben (l6) mit entsprechend angepaßtem T-förmigem Kopf (17) einschiebbar sind, mit denen das Flachmaterial auf der vor Verschleiß zu schützenden Oberfläche befestigbar ist (Fig. 38a, B).

13· Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (l) und/oder die Unterschicht (3) mit einem Verstärkungsmaterial verstärkt sind, vorzugsweise mit einem partikelförmigen oder faserförmigen Verstärkungsmaterial.

14· Flachmaterial nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial aus Textilfasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern, Borfasern, Kunststofffasern, insbesondere Polyesterfasern, Polyamidfasern oder PTFE-Fasern, und/oder Naturfasern besteht.

15· Flachmaterial nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (l) und/oder die Unterschicht (3) mit einem partikelförmigen Füllstoff aus Al-O-, Quarz, SiO&ldquor;, ZrO&ldquor;, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titannitrid oder Keramikpulver verstärkt sind.

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16. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) die Form eines der folgenden geometrischen Körper aufweisen:

Halbkugel, Halbkugelsegment;
Kegel, Kegelstumpf;

dreiseitige, vierseitige, fünfseitige oder polygonseitige Pyramide bzw. entsprechende Pyramidenstumpfformen ;

halbes Rotationsellipsoid und entsprechende Stumpfformen ;

Tetraeder und Tetraederstumpfform:
Halbzylinder;
Prisma.

17· Flachmaterial· nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) sämtiich gleiche Form und Größe besitzen.

l8. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) unterschiedliche Form und/oder unterschiedliche Größe
besitzen.

19· Flachmaterial· nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) hohl sind, wobei sich eine Öffnung des Hohlraums in
der Bodenfläche und mindestens eine Öffnung in der
Seitenwand bzw. mindestens einer der Seitenwände und/
oder in einer etwa parallel zur Grundfläche (F) hegenden Stumpffiäche befinden.

20. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten und/
oder Spitzen der Formkörper (2) gerundet sind.

21. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) in der Draufsicht bzw. in Parallelprojektion auf die
Grundfläche (F) über die gesamte Fläche oder über eine Teilfläche regelmäßig angeordnet sind, vorzugsweise in gleich beabstandeten orthogonalen Zeilen und Spalten
oder in einer hexagonalen Anordnung, bei der die einzelnen Formkörper (2) jeweils gleichen Abstand von
ihren Nachbarn aufweisen (Fig.36, 37)·

22. Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) in dem tiefen Bereich, der nicht mehr durch Verschleiß freilegbar ist, eine umlaufende Ringnut (10) beliebigen Profils oder eine etwa parallel zur Bodenfläche
verlaufende Bohrung (12) aufweisen (Fig. 33, 34)·

23- Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) in der Draufsicht bzw. in Parallelprojektion auf die
Grundfläche (F) eine solche Verteilung aufweisen, daß
ihre Flächendichte in den Flächenbereichen, in denen
höherer Verschleiß auftritt, größer ist als in den
Flächenbereichen, in denen der Verschleiß kleiner ist.

24· Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (2) in der Draufsicht bzw. in Parallelprojektion auf die
Grundfläche (F) über die Gesamtfläche gleichverteilt
sind.

25· Flachmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 24,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Die Matrix (1) besteht aus einem Polyurethan;

- die Formkörper (2) bestehen aus einem Keramikmaterial ;

- die Formkörper (2) besitzen die Form von Kegelstümpfen ;

- die Formkörper (2) sind auf einem Träger (4) angeordnet ;

- auf der Unterseite der Matrix (l) ist eine elastische Unterschicht (3) aus Polyurethan oder einem Kautschuk vorgesehen;

- das Flachmaterial ist mit der Unterfläche (U) der Unterschicht (3) über eine Haftvermittlerschicht bzw. Primerschicht auf Polyurethanbasis mit der vor Verschleiß zu schützenden Metalloberfläche (5) verbunden ·

26. Flachmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 25, erhältlich durch Vorsehen eines Matrixmaterials für die Matrix (1), Einbringen von verschleißhemmenden Formkörpern (2) in das Matrixmaterial und anschließende Erzeugung einer schichtförmigen Matrix (1).

27· Flachmaterial nach Anspruch 26, dadurch erhältlich, daß zunächst eine Unterschicht (3) hergestellt wird, auf der die Formkörper (2) angeordnet und dann mit dem Matrixmaterial umgeben werden, das dann in die Matrix (l) umgewandelt wird.

28. Flachmaterial nach Anspruch 26, dadurch erhältlich, daß zunächst die Matrix (1) aus dem Matrixmaterial mit darin eingebetteten Formkörpern (2) hergestellt wird, auf deren Grundfläche (F) dann eine Unterschicht (3) hergestellt wird.

29· Flachmaterial nach Anspruch 26, erhältlich durch

(I) Aufbringen eines Matrixmaterials für die Matrix (1) auf einer Oberfläche, vorzugsweise einer vor Verschleiß zu schützenden Oberfläche, insbesondere einer Metalloberfläche (5),

(il) Einbringen der Formkörper (2) in richtiger Orientierung in das Matrixmaterial

und

(III) Umwandlung des Matrixmaterials in die Matrix

30. Flachmaterial nach Anspruch 26, erhältlich durch

(i) Aufbringen der Formkörper (2) auf eine Oberfläche, vorzugsweise eine vor Verschleiß zu schützende Oberfläche, insbesondere eine Metalloberfläche (5),

(ii) Aufbringen eines Matrixmaterials auf die Oberfläche mit den darauf aufgebrachten Formkörpern (2 ) unter Einbettung der Formkörper

und

(iii) Umwandlung des Matrixmaterials in die Matrix (1).

31· Flachmaterial nach Anspruch 29 oder 30, dadurch erhältlich, daß vor Schritt (I) bzw. Schritt (i) auf der zu beschichtenden Oberfläche eine Unterschicht (3), vorzugsweise eine weiche bzw. elastische Unterschicht, erzeugt wird.

32. Mit dem verschleißhemmenden Flachmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 31 beschichtete bzw. ausgerüstete Körper, vorzugsweise aus Metall bzw. mit einer Metalloberfläche (5), mit planer oder nichtplaner, gebogener oder gewölbter Oberfläche, insbesondere innenbeschichtete Behälter und Leitungskrümmer und -bögen, sowie außenbeschichtete Körper, insbesondere Walzen, Rollen, Räder, Schnecken sowie Rührer- und Ventilatorflügel.