DE3324760C2

DE3324760C2 -

Info

Publication number: DE3324760C2
Application number: DE19833324760
Authority: DE
Inventors: Donald P. Lomax; Ronald M. 53183 Wales Wis. Us Boggs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1990-08-30
Also published as: GB8317376D0; GB2126310B; DE3324760A1; GB2126310A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder aus einem Metall rohr, das eine Auskleidung aus einer korrosionsbe ständigen Legierung entlang dessen Innenfläche aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinders.

Derartige ausgekleidete Zylinder, die eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen sollen, finden seit langem für die Kunststoffverarbeitung Verwendung (Technica Nr. 12/1977, S. 865-866). Das Metallrohr derartiger Zylinder besteht beispielsweise aus Flußstahl und die Auskleidung aus einem korrosionsbe ständigen Metall oder einer Metallegierung, weshalb der artige Zylinder als Bimetallzylinder bezeich net werden. Derartige Zylinder finden häufig Ver wendung, weil in Extrudern oder in Spritzgußmaschinen durch eine Schnecke heißer plastischer Kunststoff herausge preßt wird, der Abrieb verursachende Füllstoffe ent halten kann. Wegen der hohen Temperaturen, der Ab rieb 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 20 46 914) wird ein Stahlzylinder in einer horizontalen Lage angeordnet, in den eine gewisse Menge einer Legierung eingebracht wird, deren Schmelztemperatur niedriger als die jenige 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 rotiert schnell um seine Achse um das Auskleidungsmaterial über die Innenfläche des Zylinders durch Zentrifugalkräfte zu verteilen. Der Zylinder wird dann allmählich abgekühlt, die Endkappen entfernt, wo nach eine Bearbeitung der Oberfläche der Auskleidung erfolgt, um einen gewünschten Durchmesser und eine ausreichende Ober flächenglätte herzustellen.

Als Auskleidungsmaterial für Bimetallzylinder werden bei spielsweise Eisenlegierungen (US-PS 36 58 515) benutzt, die eine Rockwell-C-Härte im Bereich von 58 bis 64 aufweisen und eine gute Abriebfestigkeit bei der prakti schen Verwendung der Bimetallzylinder besitzen. Eisenhaltige Zylinder sind jedoch nicht besonders gut unter korrodieren den Bedingungen geeignet, zumal der Versuch, deren Korro sionsbeständigkeit zu erhöhen, oft zu einer Verringerung der Abriebfestigkeit führt.

In letzter Zeit wurden auch Legierungen aus Nichteisen metallen bekannt, die beispielsweise 40% Nickel, 45% Kobalt, 8% Chrom und 3% Bor und im Rest kleinere Mengen Kohlenstoff, Mangan, Silizium etc. enthalten. Es ist ferner bekannt, Karbidteilchen mit Hauptbestandteilen aus Nichteisen metall zu mischen (US-PS 40 89 466). Diese bekannte Karbid legierung enthält 10 bis 35% Tantalkarbid in einer Legie rungsmatrix 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 ver besserte 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 Zy lindern 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 Schwierig keiten. Beispielsweise werden in der Nahrungsmittelindustrie die Zylinder täglich in einer Säure beispielsweise während 45 Minuten bei einer Temperatur von 80°C gewaschen. In ge wissen 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 ein gesetzten Enden der Zylinder in der betreffenden Maschine ergeben, weil auftretende Korrosionseffekte zunächst nicht sichtbar sind.

Ferner sind Verfahren bekannt, mit denen eine mechanische Ver bindung vorgesehen wird (US-PS 25 16 689). Außerdem ist bereits eine Zylinderlaufbüchse aus Gußeisen bekannt, wobei der Zylinder mit einem am Motorgehäuse angreifenden Haltebund versehen ist und der Übergangsbereich vom Zylinder zum Haltebund sowie der Haltebund aus duktilem Gußeisen bestehen (DE-OS 30 21 992).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Zylinder gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, daß er eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit im Bereich der Enden des Zylinders aufweist. Ferner soll ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinders angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Derartige Zylinder besitzen bei Anwendungszwecken, bei denen sie von der Außenseite her durch korrodierende Medien beauf schlagt werden, ein ausreichendes Wärmeleitvermögen und eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit, so daß derartige Zy linder auch für Verwendungszwecke auf dem Gebiet der Nahrungs mittelindustrie vorteilhaft verwendbar sind.

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

Dieses Rohr wird mit einer abriebfesten und korrosionsbe ständigen Legierung ausgekleidet. Die Auskleidung erfolgt vor zugsweise in an sich bekannter Weise durch die Verwendung von Zentrifugalkräften.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Bimetall zylinders,

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 Zy linders gemäß der Erfindung, bei dem der Endring mit einem besonderen Schweißverfahren angeschweißt ist.

Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Bimetallzylinder 10 be steht aus einem Rohr 12 aus Flußstahl, dessen Innenfläche mit einer abriebfesten und korrosionsbeständigen Legierung 14 ausgekleidet ist. Für das Rohr 12 ist auch die Verwen dung von Stahllegierungen bekannt, welche ebenso wie Fluß stahl verhältnismäßig preisgünstig verfügbar sind und eine sehr gute Zugfestigkeit aufweisen. Derartige Trägermateria lien 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.

Zur Herstellung der Auskleidung wird in das Rohr 12 eine vor herbestimmte 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 gedreht, so daß eine Auskleidung der Innen wand des Rohrs durch Zentrifugalkräfte bewirkt wird. Bei diesem Auskleideverfahren wird eine untrennbare metallurgi sche 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 korrosions beständigen 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 er Endringe 26 aus Edelstahl aufweist. Die Breite der Ringe 26 kann etwa 25 bis 50 mm oder mehr betragen, je nach dem speziellen Verwendungszweck des betreffenden Zy linders. Die Sorte des rostfreien Stahls für diese Ringe kann von dem Hersteller in Abhängigkeit von dem Verwendungs zweck und dem Ausmaß der korrodierenden Beanspruchung be stimmt werden.

Bei der Herstellung des Zylinders 20 werden die Ringe 26 aus rostfreiem Stahl vor der Durchführung der Auskleidung durch ein Zentrifugalverfahren an dem Rohr 22 befestigt. Die Auskleidung wird deshalb auf die Innenfläche des Rohrs und der End ringe 26 aufgebracht. Beispielsweise kann die Dicke der Auskleidung zwischen 0,8 und 2,4 mm betragen, um eine aus reichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit ent lang der Innenwand des Zylinders 20 zu erzielen, so daß derartige Zylinder auch in Verbindung mit einem Schnecken antrieb oder an der Innenwand angreifenden Abstreifern ver wendbar sind. Der Außendurchmesser 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 Befesti gung der Endringe 26 an dem Rohr 22 besteht in einer Reibungsschweißung 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 End ringe wird die Legierung in das Rohr eingebracht und End kappen an den Endringen aus rostfreiem Stahl angeschweißt. Das Auskleiden und die schließliche Fertigstellung des Zy linders erfolgt wie bei den für Bimetallzylinder beschrie benen bekannten Verfahren.

Zur Herstellung eines Zylinders gemäß der Erfindung können für die Auskleidung eine große Anzahl von Legierungen Ver wendung finden. Es können Eisenlegierungen oder eisenfreie Legierungen Verwendung finden, welche die eingangs beschrie benen Karbidteilchen enthalten können. Für Maschinen für die Nahrungsmittelindustrie besteht eine bevorzugte Legie rung für die Auskleidung aus einer Nickel, Chrom und Kobalt enthaltenden Legierung, mit der die Auskleidung folgende Eigenschaften aufweist: Macrohärte 48-54 Rc, nominelle Zugfestigkeit 2500 bis 3500 kg/cm², nominelle Druck festigkeit 18 000 kg/cm², Bruchfestigkeit 0,21% und Dichte 8 g/cm³. Die Verwendung einer derartigen Legierung für einen trimetallischen Zylinder führt zu einem Zylinder mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit. Der Zy linder kann in Verbindung mit üblichen Abstreifern einge setzt werden. Da die Auskleidung dicker als bei bisher in der Nahrungsmittelindustrie verwandten mit Chrom plattier ten Rohren sein kann, kann eine wesentliche Erhöhung der Standzeit erfolgen. Die Auskleidung ermöglicht eine 100%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.

Claims

1. Zylinder aus einem Metallrohr, das eine Auskleidung aus einer korrosionsbeständigen Legierung entlang dessen Innen fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Enden des Metallrohrs (22) jeweils ein Endring (26) vor dem Aufbringen der Auskleidungslegierung angeschweißt wird, daß eine gemeinsame Bohrung des Metallrohrs und der beiden Endringe vorhanden ist, daß die Endringe eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Metallrohr aufweisen, daß die Endringe und das Metallrohr denselben Innendurchmesser aufweisen, daß die Auskleidung entlang der gesamten Innen fläche ausgebildet ist, und daß die Auskleidungslegierung metallurgisch an dem Metallrohr und den Endringen anhaftet.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl be steht, und daß die Endringe aus rostfreiem Stahl bestehen.

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

4. Verfahren zur Herstellung eines Zylinders aus einem Metall rohr, das entlang seiner Innenfläche eine Auskleidung aus einer korrosionsbeständigen Legierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Trimetall zylinders an beiden Enden des Metallrohrs jeweils ein Endring derart angeschweißt wird, daß eine gemeinsame Bohrung des Metallrohrs und der beiden Endringe vorhanden ist, daß die beiden Endringe aus einem Material bestehen, das eine höhere Korrosionsbeständigkeit als das Material des Metall zylinders aufweist, daß eine Auskleidungslegierung in das verschweißte Rohr eingebracht wird, deren Schmelztemperatur niedriger als diejenige des Metallrohrs und der Endringe ist, daß Endkappen an den Rohrenden befestigt werden und eine Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb der Schmelz temperatur der Auskleidungslegierung erfolgt, daß das Rohr um seine Achse gedreht wird, um eine Auskleidung der Bohrung durch Zentrifugalkräfte zu bewirken und eine metallurgische Anhaftung zwischen der Auskleidungslegierung und der Bohrung sowohl des Metallrohrs als auch der Endringe zu erzielen, und daß nach dem Auskühlen die Endkappen entfernt werden und eine Fertigbearbeitung der Innenfläche des Trimetall zylinders erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Metallrohr unlegierter oder niedrig legierter Stahl und als Material für die Endringe rost freier Stahl verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Auskleidungslegierung eine Nickel, Kobalt und Chrom enthaltende Legierung verwendet wird.