DE19530026A1 - Screw set element for screw machines - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Schneckensatzelement für Schneckenmaschinen, insbesondere für zweiwellige Schneckenmaschinen zur Plastifizierung von thermo plastischen Kunststoffen, das in Kombination mit weiteren Schneckensatzelementen auf einem Schneckenwellenschaft als Schneckenwelle ausgebildet ist, welches einen Schneckenkern sowie z. B. wendelartige Schneckenstege aufweist und bei der der Schneckenkern mindestens bereichsweise aus einem Kernwerkstoff besteht, der aus einem weicheren Material als ein Mantel-Werkstoff der Schneckenstege ausgebildet ist und das mindestens bereichsweise durch heißisostatisches Pressen aus einem pulverartigen Ausgangsmaterial hergestellt ist.The invention relates to a screw set element for Screw machines, especially for twin-shaft Screw machines for plasticizing thermo plastic plastics, which in combination with further screw set elements on one Worm shaft designed as a worm shaft is, which has a screw core and z. B. has helical screw flights and in which the Snail core at least in regions from one Core material is made of a softer material formed as a shell material of the screw flights is and at least in some areas hot isostatic pressing from a powdery Starting material is made.
Ein derartiges Schneckensatzelement wird beispielsweise in der DE 43 28 160 C2 beschrieben. Bei diesem Schneckensatzelement besteht der Kernwerkstoff aus Stahl, auf den hülsenförmig durch heißisostatisches Pressen die Mantelschicht zur Ausbildung der Schneckenstege aufgebracht wird. Zwischen dem Stahlkern und der Hülse wird ein weiteres Material angeordnet, das ebenfalls durch heißisostatisches Pressen verfestigt und sowohl mit dem Stahlkern als auch mit der äußeren Hülse verbunden wird. Es wird hierdurch ein mehrlagiger Wellenrohling hergestellt. Nach einer anschließenden Bearbeitung des Rohlings sind die Schneckenstege im Bereich ihrer dem Stahlkern abgewandten äußeren Begrenzungen mit einer Verschleißschicht versehen, die aus dem Material der Hülse ausgebildet ist.Such a screw set element is, for example described in DE 43 28 160 C2. With this The worm element consists of the core material Steel, on the sleeve-shaped by hot isostatic Press the cladding layer to form the Snail bars is applied. Between the steel core and another material is placed on the sleeve, also by hot isostatic pressing solidified and with both the steel core and the outer sleeve is connected. It becomes a multilayer shaft blank manufactured. After a subsequent processing of the blank are the Snail bars in the area of the steel core facing outer boundaries with a Wear layer provided from the material of the Sleeve is formed.
Die Verwendung von verschleißfesten Werkstoffen für die Schneckensatzelemente ist insbesondere dann von erheblicher Bedeutung, wenn gefüllte oder verstärkte Kunststoffe verarbeitet werden. Die Verschleißfestigkeit wird in der Regel dadurch erzielt, daß Legierungen mit einem hohen Karbidanteil und relativ großer Schichtdicke verwendet werden.The use of wear-resistant materials for the Screw set elements is then particularly of significant when filled or reinforced Plastics are processed. The Wear resistance is usually achieved by that alloys with a high carbide content and relatively large layer thickness can be used.
Die Verwendung von sehr harten Materialien weist jedoch Nachteile auf, da eine große Härte in der Regel mit einer hohen Rißempfindlichkeit gekoppelt ist. Darüber hinaus sind sehr harte Werkstoffe bei einem Zerspanungsvorgang zur Ausbildung der Schneckenstege nur schwer zu bearbeiten, so daß oft eine Bearbeitung in einem weichgeglühten Zustand erforderlich ist.However, the use of very hard materials shows Disadvantages due to the fact that they are usually very hard a high crack sensitivity is coupled. About that in addition, there are very hard materials in one Cutting process to form the screw flights difficult to edit, so often an edit is required in a soft annealed condition.
Beschädigungen des Schneckensatzelementes, die zu Rissen führen, können bei unterschiedlichen Einwirkungen auftreten. Beispielsweise ist es möglich, daß bei einem Anlaufen der Schnecken ein Kontakt mit einer Gehäusebohrung erfolgt. Darüber hinaus können Fremdkörper in den Bereich der Schnecke gelangen oder durch Dosierungsschwankungen können ungleichmäßige Kräfte angreifen. Diese Kräfte führen zu Ausgleichsbewegungen der Schnecken, die einen metallischen Kontakt mit der Gehäusebohrung verursachen können. Dieser metallische Kontakt führt zu Bremswirkungen, die kurzzeitige Überhitzungen der Schnecke zur Folge haben. Die kurzzeitigen lokalen Überhitzungen können Risse auslösen.Damage to the screw set element leading to Can cause cracks in different Influences occur. For example, it is possible that when the screws start up, contact with a housing hole is made. In addition, you can Foreign objects get into the area of the screw or due to dosage fluctuations can be uneven Attack forces. These forces lead to Compensatory movements of the snails, the one cause metallic contact with the housing bore can. This metallic contact leads to Braking effects, the brief overheating of the Result in snail. The short-term local Overheating can cause cracks.
Die durch diese Überhitzung entstehenden Risse weisen zwar zunächst nur eine geringe Eindringtiefe in den Werkstoff auf, aufgrund der resultierenden Kerbwirkung wird jedoch bei weiterer Beanspruchung eine Rißfort setzung verursacht, die sich mit relativ hoher Rißfort schrittsgeschwindigkeit durch den verschleißfesten Werkstoff erstreckt und diesen vollständig durchdringt.The cracks caused by this overheating show initially only a small depth of penetration into the Material due to the resulting notch effect However, if further stress is applied, the crack will continue Settlement caused, with relatively high crack propagation walking speed due to the wear-resistant Material extends and penetrates completely.
Bei Mehrschichtwerkstoffen, bei denen der harte Mantel werkstoff auf einem weicheren Kernwerkstoff angeordnet ist, wird der Rißverlauf im Übergangsbereich vom harten zum weichen Werkstoff unterbrochen. Eine ähnliche Un terbrechung der Rißausbreitung ist dann zu beobachten, wenn die harte Verschleißschicht durch Kammauftrags schweißung auf einem duktilen Grundwerkstoff befestigt wurde. Dieser Grundwerkstoff ist in der Regel vergütet und kann aus Nitrierstählen bestehen. Die aufgeschweißte hochverschleißfeste Legierung kann mit einer Schichtdicke von 2 mm bis 5 mm aufgebracht werden. Zur Verbesserung des Verschleißschutzes im Bereich der Flanken der Schneckenstege erfolgt eine zusätzlich Nitrierung. Die Nitrierschichtdicke beträgt in der Regel jedoch nur 0,5 mm und eine große Härte ist nur im äußeren Bereich dieser Schicht anzutreffen. In Richtung auf den Grundwerkstoff nimmt die Härte hin gegen relativ schnell ab. For multi-layer materials, where the hard shell material arranged on a softer core material the course of the crack in the transition area becomes hard interrupted to the soft material. A similar Un breakage of the crack propagation can then be observed, if the hard wear layer due to comb application weld attached to a ductile base material has been. This base material is usually tempered and can consist of nitriding steels. The welded on highly wear-resistant alloy can with applied a layer thickness of 2 mm to 5 mm will. To improve wear protection in A region of the flanks of the screw flights takes place additional nitriding. The nitride layer thickness is usually however only 0.5 mm and is a great hardness only found in the outer area of this layer. In The hardness tends towards the base material against relatively quickly.
Nach einer Abnutzung der Nitrierschicht erfolgt deshalb eine sehr starke Materialabtragung im Bereich des Grundwerkstoffes, der in der Regel eine um den Faktor 100 geringere Verschleißfestigkeit als die Aufschweiß legierung aufweist. Derartige Schneckensatzelemente mit Kammauftragsschweißung haben deshalb zwar eine sehr hohe Bruchsicherheit, die Verschleißfestigkeit ist jedoch bei längerer Betriebsdauer unzureichend.Therefore, after the nitriding layer has worn out a very strong material removal in the area of Base material, which is usually one by the factor 100 less wear resistance than weld-on alloy. Such screw set elements with Comb build-up welding therefore has a very great deal high break resistance, which is wear resistance however, inadequate for a long period of operation.
Zur Bereitstellung einer erhöhten Verschleißfestigkeit ist es auch bereits bekannt, durchgehend harte Schneckensatzelemente zu verwenden, die aus Schmiedewerkstoffen oder pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffen bestehen. Diese Werkstoffe weisen ein feinkörniges isotropes Gefüge auf und sind hierdurch relativ zäh ausgebildet. Aufgrund der hohen Kerbempfindlichkeit können jedoch sowohl drehmomentbe dingte Brüche von innen als auch anlaufbedingte Brüche von außen auftreten. Um einen Kompromiß zwischen einer ausreichenden Härte und einer ausreichenden Bruch festigkeit bereit zustellen, werden deshalb die durchge härteten Schneckensatzelemente mit geringeren Härten in den zäheren Bereichen angelassen. Dies bedingt jedoch einen Verlust an Verschleißfestigkeit, der in der Regel mehr als 30% der bei einer größeren Härtung erzielbaren Verschleißfestigkeit beträgt.To provide increased wear resistance it is already known to be tough all the time To use snail set elements that are made from Forged materials or powder metallurgy manufactured materials exist. These materials have a fine-grained isotropic structure and are hereby formed relatively tough. Because of the high Notch sensitivity, however, can both be torque contingent breaks from the inside as well as breaks due to start-up occur from the outside. A compromise between one sufficient hardness and sufficient break to ensure that strength is ready hardened screw set elements with lower hardness in left the tough areas. However, this requires a loss of wear resistance, as a rule more than 30% of those achievable with greater hardening Wear resistance is.
Die bereits einleitend angeführten Verbundwerkstoffe haben den Nachteil, daß durch die Kombination aus harten Mantelwerkstoffen und weichen Kernwerkstoffen zwar sowohl eine hohe Verschleißfestigket als auch eine Begrenzung der Rißausdehnung bereitgestellt wird, daß andererseits aber nach einem vollständigen Reißen des harten Mantelwerkstoffes das eingeleitete Drehmoment nur noch durch den Querschnitt des Schneckenkernes übertragen wird, der aufgrund seiner weichen Konsistenz nicht dazu in der Lage ist, auf Dauer derartige Drehmomente zu übertragen. Der Kernwerkstoff bricht deshalb in der Regel in der Nähe der Risse des Mantelwerkstoffes.The composite materials already mentioned in the introduction have the disadvantage that the combination of hard shell materials and soft core materials both a high wear resistance and one Limitation of crack expansion is provided that on the other hand after a complete tearing of the hard jacket material the torque introduced only through the cross section of the screw core is transmitted due to its soft consistency is unable to do such in the long run To transmit torques. The core material breaks therefore usually near the cracks of the Sheath material.
Darüber hinaus ist es erforderlich, den weichen Kern werkstoff relativ exakt zentrisch zum härteren Mantel werkstoff zu positionieren. Der Verbundwerkstoff muß deshalb mit geringer Toleranz in mehreren Arbeitsgängen hergestellt werden, was zu erheblichen Fertigungskosten führt.It also requires the soft core material relatively exactly centered on the harder jacket position material. The composite material must therefore with low tolerance in several work steps are produced, resulting in considerable manufacturing costs leads.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schneckensatzelement der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß die Betriebseigenschaften ohne wesentliche Steigerung der Herstellungskosten ver bessert werden.The object of the present invention is therefore a Screw set element of the type mentioned in the introduction to be constructed in such a way that the operating characteristics ver without significant increase in manufacturing costs be improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kernwerkstoff einen Außendurchmesser aufweist, der mindestens so groß wie ein Innendurchmesser der Schneckenstege ausgebildet ist.This object is achieved in that the core material has an outer diameter that at least as large as an inside diameter of the Snail bars is formed.
Durch diese Dimensionierung des Kernwerkstoffes wird die Rißausdehnung auf einen geringeren Teil des Durch messers des Schneckensatzelementes begrenzt. Darüber hinaus wird hierbei die Erkenntnis berücksichtigt, daß der Verschleiß im Bereich der äußeren Ausdehnung der Schneckenstege wesentlich größer als im Bereich der dem Kernwerkstoff zugewandten Ausdehnung der Schneckenstege ist. Es ist somit ausreichend, im inneren Bereich der Schneckenwände eine geringere Härte bereitzustellen. Typischerweise sind die den Verschleiß verursachenden Beanspruchungen am äußeren Bereich der Schneckenstege viermal so groß wie im weiter innenliegenden Bereich. This dimensioning of the core material the crack expansion to a smaller part of the through Knife of the screw set element limited. About that In addition, the knowledge that the wear in the area of the external expansion Screw flights much larger than in the area of the Expansion of the screw webs facing the core material is. It is therefore sufficient in the inner area of the To provide worm walls with a lower hardness. Typically, those are the ones that cause wear Stresses on the outer area of the screw flights four times the size of the inner area.
Durch die größere Dimensionierung des Kernwerkstoffes ist es ebenfalls möglich, bei gleichbleibendem Außen durchmesser des Schneckensatzelementes ein erhöhtes Drehmoment zu übertragen. Typischerweise kann somit die Gesamtleistung der Maschine um mindestens 20% ge steigert werden.Due to the larger dimensioning of the core material it is also possible with the same exterior diameter of the screw set element is increased To transmit torque. Typically, the Total machine performance by at least 20% be increased.
Eine zweckmäßige Materialauswahl besteht darin, daß sowohl der Kernwerkstoff als auch der Mantelwerkstoff aus heißisostatisch verpreßten Metallpulvern ausge bildet sind.An appropriate choice of materials is that both the core material and the jacket material made of hot isostatically pressed metal powders forms are.
Bei bestimmten Anforderungen ist es ebenfalls vorteil haft, daß der Kernwerkstoff aus einem festen Material und der Mantelwerkstoff aus einem heißisostatisch verpreßten Metallpulver ausgebildet sind.It is also advantageous for certain requirements adheres that the core material from a solid material and the jacket material from a hot isostatic pressed metal powder are formed.
Eine weitere Variante besteht darin, daß der Kernwerk stoff aus einem heißisostatisch verpreßten Metallpulver und der Mantelwerkstoff aus einem festen Material aus gebildet sind.Another variant is that the core plant fabric made from a hot isostatically pressed metal powder and the jacket material from a solid material are formed.
Zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit wird vorge schlagen, daß der Kernwerkstoff härtbar ausgebildet ist.To improve wear resistance is pre suggest that the core material is hardenable is.
Eine hochfeste Materialbeständigkeit am äußeren Schneckenumfang wird dadurch bereitgestellt, daß der Mantelwerkstoff härtbar ausgebildet ist.A high-strength material resistance on the outside Screw circumference is provided in that the Sheath material is designed to be hardenable.
Zur Begrenzung einer Rißausbreitung ist vorgesehen, daß der Kernwerkstoff aus einem hochduktilen Material aus gebildet ist. To limit crack propagation it is provided that the core material is made of a highly ductile material is formed.
Zur Vorgabe von höheren Zähigkeiten im Bereich des Kernwerkstoffes relativ zum Mantelwerkstoff wird vorge schlagen, daß der Kernwerkstoff einen geringeren Kar bidgehalt als der Mantelwerkstoff aufweist.To specify higher toughness in the area of Core material relative to the jacket material is featured suggest that the core material has a lower kar bid content than the jacket material.
Eine größere Härte im Bereich des Mantelwerkstoffes relativ zum Kernwerkstoff wird dadurch erzielt, daß der Mantelwerkstoff eine größere Anlaßbeständigkeit als der Kernwerkstoff aufweist.Greater hardness in the area of the jacket material relative to the core material is achieved in that the Jacket material has a greater tempering resistance than that Has core material.
Eine weitere Möglichkeit zur Aufnahme einer Antriebsweile ergibt sich, wenn, wie weiter vorgeschlagen, der Kernwerkstoff rohrförmig ausgebildet ist.Another way to include a It now arises, if so, how proposed that the core material be tubular is.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung schematisch dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown schematically. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schneckensatzelement mit Schneckenkern und Schneckenstegen, Fig. 1 shows a cross section through a set screw member having screw core and screw flights,
Fig. 2 einen Querschnitt zur Veranschaulichung einer Herstellung von Verbundstangen für Schneckensatzelemente, bei der sowohl der Kernwerkstoff als auch der Mantelwerkstoff aus heißisostatisch verpreßten Metallpulvern ausgebildet sind, . 2 a cross section illustrating a production of composite rods for worm set of elements, wherein both the core material and the sheath material are hot isostatically pressed Fig formed of metal powders
Fig. 3 eine Ausführungsform zur Herstellung von Ver bundstangen, bei der der Kernwerkstoff aus einem festen Metall und der Mantelwerkstoff aus einem verpreßten Metallpulver ausgebildet ist, Shows an embodiment of composite rods. 3 for the preparation of Ver, wherein the core material consists of a solid metal and the jacket material is formed from a compressed metal powder,
Fig. 4 eine weitere Variante zur Herstellung von Ver bundstangen, bei der der Kernwerkstoff aus verpreßtem Metallpulver und der Mantelwerk stoff aus einem festen Material ausgebildet sind und Fig. 4 shows a further variant for the production of Ver bundstangen, in which the core material made of pressed metal powder and the jacket material are made of a solid material and
Fig. 5 ein Verschleiß-Zeitdiagramm zur Veranschau lichung unterschiedlicher Werkstoffeigen schaften. Fig. 5 shows a wear-time diagram to illustrate different material properties.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Schneckensatzelement, das aus einem Schneckenkern 1 und z. B. wendelförmig umlaufenden Schneckenstegen 2 ausgebildet ist. Bei der Ausführungsform in Fig. 1 sind zwei helixförmige Schneckenstege 2 vorgesehen. Der Schneckenkern 1 besteht aus einem Kernwerkstoff 3 und der Schneckensteg 2 ist zumindest im Bereich seiner dem Schneckenkern 1 abgewandten Ausdehnung aus einem Mantelwerkstoff 4 ausgebildet. Das Schneckensatzelement ist mit einem äußeren Stegdurchmesser 5, einem inneren Stegdurchmesser 6, einem äußeren Kerndurchmesser 7 und bei einer rohrförmigen Ausbildung des Schneckenkernes 1 mit einem inneren Kerndurchmesser 8 versehen. Der äußere Kerndurchmesser 7 ist derart dimensioniert, daß er mindestens so groß wie der innere Stegdurchmesser 6 ausgeführt ist. Bei einer rohrförmigen Ausführung des Kernwerkstoffes 6 kann in den hierdurch aufgespannten Innenraum eine Antriebswelle 9 eingeführt werden, die über Profilierungen 10 drehgesichert mit dem Kern werkstoff 3 verbunden ist. Fig. 1 shows in cross section a screw set element, which consists of a screw core 1 and z. B. helical circumferential screw flights 2 is formed. In the embodiment in Fig. 1, two helical screw flights 2 are provided. The screw core 1 consists of a core material 3 and the screw web 2 is made of a jacket material 4 at least in the region of its extension facing away from the screw core 1 . The screw set element is provided with an outer web diameter 5 , an inner web diameter 6 , an outer core diameter 7 and, in the case of a tubular design of the screw core 1, with an inner core diameter 8 . The outer core diameter 7 is dimensioned such that it is at least as large as the inner web diameter 6 . In the case of a tubular design of the core material 6 , a drive shaft 9 can be inserted into the interior space thereby clamped, which is connected to the core material 3 in a rotationally secured manner via profiles 10 .
Zur weiteren Verdeutlichung des Konstruktionsprinzips ist in Fig. 1 ein Bereich geringerer Verschleißfestig keit 11 eingetragen, in dem sich der Kernwerkstoff 3 bis in den Bereich der frei liegenden Oberfläche des Schneckensteges 2 erstreckt. Zur Verdeutlichung einer möglichen Vergrößerung des Durchmessers der Antriebs welle 9 ist zusätzlich zum inneren Kerndurchmesser 8 ein Vergleichswellendurchmesser 12 entsprechend dem Stand der Technik eingetragen.To further illustrate the design principle, an area of lower wear resistance 11 is entered in FIG. 1, in which the core material 3 extends into the area of the exposed surface of the screw web 2 . To illustrate a possible increase in the diameter of the drive shaft 9 , in addition to the inner core diameter 8, a comparison shaft diameter 12 is entered in accordance with the prior art.
Fig. 2 erläutert eine Möglichkeit zur Herstellung einer Verbundstange, aus der das Schneckensatzelement durch Bearbeitung des äußeren Bereiches hergestellt werden kann. In eine Kapsel 14, deren Innenraum durch ein Trennblech 15 in zwei konzentrische Bereiche unterteilt wird, wird sowohl in den inneren als auch in den äußeren Bereich geeignetes Metallpulver eingeführt. In den inneren Bereich wird das Material für den Kernwerk stoff 3 und in den äußeren Bereich das Material für den Mantelwerkstoff 4 eingefüllt. Nach Abschluß des Befüllungsvorganges wird das Trennblech 15 entfernt und die Rohlingsherstellung wird durch heißisostatisches Pressen abgeschlossen. Nach einer Entformung kann die weitere Bearbeitung durchgeführt werden. FIG. 2 explains one possibility of producing a composite rod, from which the screw set element can be produced by machining the outer area. In a capsule 14 , the interior of which is divided into two concentric areas by a separating plate 15 , suitable metal powder is introduced into both the inner and the outer area. In the inner area, the material for the core material 3 and in the outer area, the material for the jacket material 4 is filled. After completion of the filling process, the partition plate 15 is removed and the blank production is completed by hot isostatic pressing. After removal from the mold, further processing can be carried out.
Bei der Herstellungsvariante gemäß Fig. 3 wird als Kernwerkstoff 3 ein festes Material mit relativ zum Mantelwerkstoff 4 geringerer Verschleißfestigkeit eingesetzt. Zwischen die Kapsel 14 und den Kernwerk stoff 3 wird wiederum metallisches Pulver eingefüllt, das heißisostatisch verpreßt wird. Zur Befüllung und Entlüftung des Zwischenraumes zwischen dem Kernwerk stoff und der Kapsel 14 ist ein Stutzen 16 vorgesehen.In the production variant according to FIG. 3, a solid material with a lower wear resistance relative to the jacket material 4 is used as the core material 3 . Between the capsule 14 and the core material 3 , metallic powder is again filled, which is hot isostatically pressed. A nozzle 16 is provided for filling and venting the space between the core material and the capsule 14 .
Bei der Variante gemäß Fig. 4 besteht der Mantelwerk stoff 4 aus einem festen und verschleißbeständigen Material und der Kernwerkstoff 3 wird als Pulver ein gefüllt und anschließend heißisostatisch verpreßt. In the variant according to FIG. 4, the jacket material 4 consists of a solid and wear-resistant material and the core material 3 is filled as a powder and then hot isostatically pressed.
Fig. 5 verdeutlicht in einem Verschleiß-Zeit-Diagramm 17 die unterschiedlichen Verschleißbeständigkeiten zweier exemplarisch ausgewählter Werkstoffe. Eine Zeitachse 18 ist in Minuten und eine Verschleißachse 19 in mm skaliert. Für einen Nitrierstahl 1,8519, der 0,5 mm tief plasmanitriert ist, ergibt sich nach Verlauf 20 ein Schichtverschleiß von 2 mm nach 13 min, und ein Chromstahl 1,4122, der mit HRC45+3 gehärtet ist und eine Schlagbiegezähigkeit von 80 Joules aufweist, erreicht nach Verlauf 21 einen gleichen Schichtverschleiß erst nach 24 min. Fig. 5 illustrates in a wear-time diagram 17, the different wear resistances of two exemplarily selected materials. A time axis 18 is scaled in minutes and a wear axis 19 in mm. For a nitriding steel 1.8519, which is plasma nitrided 0.5 mm deep, there is a layer wear of 2 mm after 13 min after course 20 , and a chromium steel 1.4122, which is hardened with HRC45 +3 and an impact resistance of 80 Joules after 21, the same layer wear only occurs after 24 min.
Durch die vorbeschriebene Materialkombination von Kern werkstoff 3 und Mantelwerkstoff 4 nach Fig. 2 bis 4 werden Rißauslösungen, die von Spannungsspitzen bei der Drehmomentübertragung verursacht werden, derart abgebaut, daß kein Bruch von innen erfolgen kann. Bei einer Rißauslösung ausgehend vom äußeren Bereich des Mantelwerkstoffes 4 wird die Rißausbreitung bei Erreichen des Kernwerkstoffes 3 unterbrochen und es bleibt ein ausreichender Materialquerschnitt bestehen, um das anstehende Drehmoment zu übertragen.Due to the material combination of core material 3 and sheath material 4 according to FIGS . 2 to 4 described above, crack initiations, which are caused by voltage peaks during torque transmission, are broken down in such a way that no break can occur from the inside. In the event of a crack initiation starting from the outer area of the jacket material 4 , the crack propagation is interrupted when the core material 3 is reached , and a sufficient material cross section remains to transmit the torque present.
Für die Herstellung des Schneckensatzelementes ist es von Vorteil, wenn eine gemeinsame Härtung und eine ge meinsames Anlassen von Kernwerkstoff 3 und Mantel werkstoff 4 erfolgen kann. Darüber hinaus ist anzu streben, daß der Kernwerkstoff 3 und der Mantelwerk stoff 4 möglichst gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Eine Möglichkeit zur Bereitstellung dieser Materialeigenschaften besteht darin, daß der Kernwerkstoff 3 mit einem geringeren Karbidgehalt als der Mantelwerkstoff 4 versehen wird. Hierdurch wird im Bereich des Kernwerkstoffes 3 eine höhere Zähigkeit bereitgestellt. Durch eine Materialauswahl derart, daß der Mantelwerkstoff 4 eine höhere Anlaßbeständigkeit aufweist als der Kernwerkstoff 3, kann gewährleistet werden, daß bei einem gemeinsamen Anlassen der Kernwerkstoff 3 mit einer geringeren Härte versehen wird.For the production of the screw set element, it is advantageous if a common hardening and a common tempering of core material 3 and jacket material 4 can take place. In addition, it is desirable that the core material 3 and the jacket material 4 have the same thermal expansion coefficients as possible. One possibility for providing these material properties is that the core material 3 is provided with a lower carbide content than the jacket material 4 . This provides higher toughness in the area of the core material 3 . By selecting a material such that the jacket material 4 has a higher tempering resistance than the core material 3 , it can be ensured that the core material 3 is provided with a lower hardness when tempered together.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine verschleiß feste Werkstoffkombination dadurch erfolgen, daß für den Mantelwerkstoff 4 2,5 Gew.-% Kohlenstoff (C), 5 Gew.-% Chrom (Cr), 1 Gew.-% Molybdän (Mo) und 10 Gew.-% Vanadium (V) eingesetzt werden. Als Werkstoff für die restlichen Gewichtsprozente wird ein Eisenmaterial verwendet. Für den Kernwerkstoff 3 ergibt sich eine Zusammensetzung von 1,7 Gew.-% Kohlenstoff (C), 5 Gew.-% Chrom (Cr) 1 Gew.-% Molybdän (Mo) und 9 Gew.-% Vanadium (V). Auch hier wird als Material für die restlichen Gewichtsprozente Eisen verwendet. Bei einem gemeinsamen Härtungs- und Anlaßvorgang ergibt sich für den Mantelwerkstoff 4 eine Härte von 60 HRC, eine Zähigkeit von 60 Joule, ein verschleißbedingter Gewichtsverlust ΔG von 40 mg mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α von 11,9 [m/m°K].According to one embodiment, a wear-resistant combination of materials can be achieved by using 4 2.5% by weight carbon (C), 5% by weight chromium (Cr), 1% by weight molybdenum (Mo) and 10% by weight for the jacket material .-% vanadium (V) are used. An iron material is used as the material for the remaining weight percentages. The core material 3 has a composition of 1.7% by weight of carbon (C), 5% by weight of chromium (Cr), 1% by weight of molybdenum (Mo) and 9% by weight of vanadium (V). Here, too, iron is used as the material for the remaining weight percentages. A joint hardening and tempering process results in a hardness of 60 HRC, a toughness of 60 joules, a wear-related weight loss ΔG of 40 mg with a coefficient of thermal expansion α of 11.9 [m / m ° K] for the jacket material 4 .
Für den Kernwerkstoff 3 gelten die Kenndaten von 52 HRC, 25 Joule, 80 ΔG und α = 11,9 [m/m°K].The characteristics of 52 HRC, 25 Joules, 80 ΔG and α = 11.9 [m / m ° K] apply to core material 3 .
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, das eine ver besserte Korrosionsfestigkeit bei verringerter mine ralischer Verschleißfestigkeit aufweist, wird für den Mantelwerkstoff 4 eine Legierung von 0,90 Gew.-% Kohlenstoff (C), 18,5 Gew.-% Chrom (Cr) und 1,2 Gew.-% Molybdän (Mo) verwendet. Für den Kernwerkstoff 3 werden 0,35 Gew.-% Kohlenstoff (C), 16,5 Gew.-% Chrom (Cr) und 1,2 Gew.-% Molybdän (Mo) eingesetzt. Eine Auffüllung auf 100 Gew.-% erfolgt hier jeweils mit einem Eisenmaterial. In a second exemplary embodiment, which has improved corrosion resistance with reduced mineral wear resistance, an alloy of 0.90% by weight carbon (C), 18.5% by weight chromium (Cr) and 1 is used for the jacket material 4 , 2 wt .-% molybdenum (Mo) used. 0.35% by weight of carbon (C), 16.5% by weight of chromium (Cr) and 1.2% by weight of molybdenum (Mo) are used for the core material 3 . A filling to 100 wt .-% takes place here with an iron material.
Es ergibt sich bei diesem Beispiel ebenfalls bei einem gemeinsamen Härten und Anlassen für den Mantelwerkstoff 4 eine Härte von 58 HRc, eine Zähigkeit von 30 Joule, ein ΔG von 200 mg mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α von 11 [m/m°K].In this example, when the casing material 4 is hardened and tempered together, the hardness is 58 HRc, a toughness of 30 joules, a ΔG of 200 mg with a coefficient of thermal expansion α of 11 [m / m ° K].
Für den Kernwerkstoff 3 betragen hier die Kenndaten 50 HRC, 80 Joule, 400 mg ΔG und α = 11 [m/m°K].For core material 3 , the characteristic data here are 50 HRC, 80 joules, 400 mg ΔG and α = 11 [m / m ° K].
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Owner name: KRUPP WERNER & PFLEIDERER GMBH, 70469 STUTTGART, D |
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