Buchhagen, Peter (Oberer Wasen 38, Welzheim, 73642, DE)
Brückner, Lothar (Markgröninger Weg 2, Leonberg, 71229, DE)
Buchhagen, Peter (Oberer Wasen 38, Welzheim, 73642, DE)
| 1. | Federndes, korrosionsgefährdetes Verbindungselement aus Stahl zum Verbindung zweier heißer Bauteile, insbesondere zweier über Flansche aneinanderliegender Bereiche eines Ab gasrohres eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verbindungselementes zur Erzeugung einer wärmebeständigen Korrosionsschicht nitriert und/oder nitrocarburiert ist. |
| 2. | Verbindungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dieses oxidativ nachbehandelt ist. |
| 3. | Federndes, korrosionsgefährdetes Verbindungselement aus Stahl zum Verbindung zweier heißer Bauteile, insbesondere zweier über Flansche aneinanderliegender Bereiche eines Ab gasrohres eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verbindungselementes mit einer Ma gnetit (Fe304Schicht) versehen ist. |
| 4. | Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Grundmaterial als ein niedrig legierter Edel stahl in der Art 51CrV4 (EN 101324) ausgebildet ist. |
| 5. | Verbindungselement nach Anspruch 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch, einen in die behandelte OberflächenRandzone eingebrachten erhöhten Stickstoffgehalt mit einem Konzentrationsgradienten gegenüber dem Grundmaterial. |
| 6. | Verbindungselement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch, einen in die behandelte OberflächenRandzone eingebrachten erhöhten Kohlenstoffgehalt mit einem Konzentrationsgradien ten gegenüber dem Grundmaterial. |
| 7. | Verbindungselement nach Anspruch 5 oder 6 mit einer be handelten Randzonentiefe zwischen 5 und 50 um. |
| 8. | Verbindungselement nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale, das Verbindungselement ist eine Uförmig ausgebildete Fe derklammer die USchenkel kontaktieren die miteinander zu verbinden den heißen Bauteile zur Minimierung eines Wärmeübertritts in lediglich lokal eng begrenzten Bereichen. |
Bekannte, gattungsgemäße federnde Verbindungselemente sind beispielsweise Federklammern nach EP 0 993 577 B1 zur Ver- bindung von miteinander zu verbindenden Bereichen aus Ab- gasanlagen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen. Die hierfür bisher verwendeten Werkstoffe unterscheiden sich in der Warmfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie den Her- stellungskosten. Im Hinblick auf die Anforderungen, die an eine speziell U-förmig ausgebildete Federklammer gestellt werden, nämlich kostengünstige Herstellbarkeit, Korrosions- festigkeit und Stabilität gegen Kraft-Relaxation bei erhöh- ten Temperaturen, besteht bisher ein Zielkonflikt, der grundsätzlich zulasten der Korrosionsbeständigkeit gelöst wird. So werden als Materialien für derartige Federnklammern bisher eingesetzt beispielsweise ein Stahl 51CrV4 mit einer Dacromet-Beschichtung (Dacromet ist ein Handelsname der Fir- ma Dacral in Frankreich) oder der Stahl X39CrMol7-1 in blan- ker Oberflächenausführung.
Federklammern aus 51CrV4 ertragen die mechanische Beanspru- chung auch unter dem Wärmeeintrag aus der Abgasanlage rela- tiv gut, da bedingt durch die Konstruktion die mechanisch auf Biegebelastung beanspruchten Stellen von den warmen Kon- taktstellen ausreichend weit entfernt sind und daher nur eingeschränkt erwärmt werden. Jedoch tritt eine Schädigung der Dacromet-Beschichtung an den warmen Kontaktstellen rela- tiv schnell auf und abhängig von der Stärke der Beaufschla- gung durch ein Feuchtmedium weitet sich von dieser Stelle unerwünschte Korrosion aus.
Federklammern aus X39CrMo17-1 können höhere Temperaturbela- stungen ertragen und weisen eine geringfügige Korrosionsbe- ständigkeit auf. Jedoch ist dieser Werkstoff spannungsriss- korrosionsempfindlich, so dass eine schnelle oder überra- schende Totalschädigung des Bauteils nicht ausgeschlossen werden kann.
In der nachstehenden Tabelle ist ein Vergleich der Eigen- schaften bisher für gattungsgemäße Bauteile einsetzbarer Werkstoffe angegeben. X39CrMo17-1/ Werkstoff 51CrV4 X7CrNiA117-7 48CrMoV6-7 Warmfestigkeit Korrosionsbestän- 0 00 00000 digkeit Kosten Verhalten : ***** = gut * = schlecht Grundsätzlich kann eine Korrosionsbeständigkeit von gat- tungsgemäßen Verbindungselementen, insbesondere Federklam- mern, mit einer Beschichtung erlangt werden. Von den bisher bekannten Möglichkeiten scheiden für Federelemente zunächst diejenigen aus, die zu einer Wasserstoffversprödung des Werkstücks führen könnten, da die Feder durch Sprödbruch versagen kann. Dies sind alle Arten einer Verzinkung, die galvanisch aufgebracht werden. Ferner weisen einige Be- schichtungen die Eigenschaft auf, dass, sie bei erhöhter Ein- satztemperatur geschädigt werden und in ihrer Korrosions- schutzwirkung nachlassen wie beispielsweise Dacromet bei Temperaturen oberhalb 300° C sowie Verzinkung. Eine Be- schichtung, die wiederum eine gute Temperaturbeständigkeit hat, wäre Vernickeln. Dieses Verfahren ist jedoch sehr ko- stenintensiv, birgt die Gefahr der Wasserstoffversprödung in sich und kann bei Verletzung der Beschichtung Kontaktkorro- sion provozieren.
Insbesondere bei einer U-förmigen, gattungsgemäßen Feder- klammer, bei der die biegebeanspruchten Stellen von den Kon- taktstellen mit dem Abgasrohr, die im wesentlichen nur eine mechanische Druckbeanspruchung erfahren, weit entfernt sind, kann für eine solche Federklammer ein Material der Art eines Stahles nach 51CrV4 bei höheren Temperaturen des Abgasrohres eingesetzt werden als dies nominell mit Bezug auf die Ein- satztemperaturgrenze des Werkstoffes an sich möglich wäre.
Dies setzt jedoch eine Korrosionsschutzbeschichtung mit aus- reichender Wärmebeständigkeit voraus.
Eine solche Korrosionsschutzbeschichtung zu schaffen, ist das Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung beschäf- tigt und das sie durch die Ausbildung eines gattungsgemäßen Verbindungselementes aus Stahl in einer Ausführung nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 oder 2 in überra- schend einfacher, wirksamer und kostengünstiger Weise löst.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei sich die Erfindung insbesondere für ein Verbindungselement nach dem letzten Unteranspruch eignet.
Die Ausführung nach dem Anspruch 1 beruht insbesondere auf folgenden Überlegungen.
Eine derartige Oberflächenbehandlung ist an sich bei gegen Verschleiß zu schützenden Bauteilen bereits bekannt. Durch eine solche Behandlung tritt nur eine geringe Maßveränderung ein und es kann bei Umgebungstemperaturen bereits ein gewis- ser Korrosionsschutz erreicht werden. Bei dieser Anwendungs- art ist auf eine ausreichend hohe Härte-Tiefe zu achten, um den mechanischen Spannungen (Hertz'schen Pressungen) begeg- nen zu können. Bei Feder-Anwendungen kann dieses Oberflä- chen-Verfahren zu Problemen bei der Wechselbelastung führen, indem die spröde Diffusionsschicht bei hohen Spannungen eine verfrühte Riss-Einleitung bewirkt. Federmaterialien werden daher grundsätzlich nicht nitrierbehandelt.
Bei einem gattungsgemäßen Verbindungselement ergeben sich jedoch bei beispielsweise als Federgrundelement eingesetztem 51CrV4-Stahl folgende Kriterien - gute Nitrierbarkeit des Werkstoffs im Hinblick auf gu- tes Eindiffundieren von N und/oder C, - keine schwellende Bauteilbelastung wegen einer prak- tisch ausschließlichen quasi-statischen Belastung, - Nitrierbehandlung kann zu kürzeren Behandlungszeiten verschoben werden, da es nicht auf Einhärtetiefe an- kommt, sondern auf den Stickstoffgehalt in der Randzo- ne. Hierdurch wird die Gefahr einer Bauteil- Versprödung gemindert, - erheblich höhere Wärmestabilität der Nitrierschicht gegenüber einer Verzinkung.
Das Nitrieren und/oder Nitro-Carburieren kann in einem Salz- bad-oder Gasverfahren erfolgen und jeweils mit einer Na- choxidationsbehandlung.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 2 können die betreffenden Magnetit-Schichten in einem speziellen Salzbad bei etwa 430° C auf Stahloberflächen aufgebracht werden. Hieraus resultiert eine entsprechend hohe Wärmebeständigkeit der Beschichtung.
Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes, federndes Bauteil in der Form einer U-förmigen Federklammer ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigt die einzige Fig. la, b, c, eine gattungsgemäße Federklammer in verschie- denen perspektivischen Darstellungen ein- schließlich Betriebszustand bei einer Verbin- dung zweier Abgasrohrbereiche über aneinander liegende Rohrflanschen.
Das Grundmaterial der gezeigten U-förmigen Federklammer be- steht aus 51CrV4 (EN 10 132-4).
Zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Oberflächenkorrosions- schutzes wird die aus dem vorstehenden Grundmaterial beste- hende und fertig geformte Federklammer wie folgt behandelt.
Der Rohrflansch-Temperaturbereich, dem der Rücken der U- förmigen Federklammer ausgesetzt ist, reicht bis etwa 250° C, während die Temperaturen an den Schenkelkontaktflächen bei etwa 400-500° C liegen können.
Korrosionsschutz nach Anspruch 1 (nitriert und/oder nitro- carburiert) Es erfolgt eine Salzbad-Behandlung bei 540 bis 580° C bei 0,5 bis 1 h ; alternativ Gas-oder Plasma-Nitrocarburieren bei geeigneten Parametern.
Eine derart erzielte Randzone besitzt beispielsweise folgen- de Zusammensetzung : E-Fe2 (N, C) 1-x ; y'-Fe4 (N, C), Sondernitride Diffusionsschicht : α"-Fe16N2; Y'-Fe4N, Sondernitride, N und C in gelöster Form.
Korrosionsschutz nach Anspruch 2 (Magnetitbeschichtung) Die Beschichtung erfolgt in einem Oxinitrid-Bad bei einer Temperatur von etwa 430° C während einer Zeit von etwa 15 bis 30 min.
Die Schicht besteht aus Fie309 und besitzt eine Dicke von et- wa 3-4 µm.
Next Patent: GAS SUPPLY DEVICE COMPRISING A PORTABLE CONTAINER AND A RECHARGING BASE