DE10026044C1 - Verfahren zur Beschichtung einer Feder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer Feder, insbesondere eine Fahrzeugtragfeder, die an der Oberfläche mechanisch oder thermisch vorbehandelt wird und anschließend durch ein thermisches Spritzverfahren gegen Korrosion schützend beschichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1.

Fahrzeugtragfedern sind stets den Umwelteinflüssen ausgesetzt, was zu einem stetigen Korrosionsangriff dieser Bauteile führt. In der Praxis werden diese Federn mit einem Kunststoffmantel beschichtet. Dieses Verfahren beruht auf einer Pulverbeschich­ tung und findet in vielen Bereichen z. B. bei Maschendrahtzäu­ nen und Drahtkörben in Spülmaschinen Anwendung. Eine spezielle Anwendung derartiger Beschichtungen auf Fahrzeugtragfedern wird z. B. in der EP 878 637 A2 beschrieben.

Es kommt jedoch nicht selten vor, dass die genannten Pulverbe­ schichtungen durch äußere Einflüsse beschädigt werden, sei es durch gegenseitiges Berühren von Federwindungen, wobei die Be­ schichtung lokal abgeschabt wird, oder durch Abplatzen der Be­ schichtung, hervorgerufen durch eine hohe Flächenpressung. Ferner kann es durch extremen Steinschlag zu Beschädigung der Beschichtung kommen.

Dies hat zur Folge, dass die durch Kugelstrahlen verfestigte O­ berfläche durch Korrosion angegriffen und abgetragen wird. Die Beschädigung der Oberfläche hat den Bruch der Feder unmittelbar zur Folge.

Zum nachhaltigen Schutz vor Korrosion wird in der EP 551 566 B1 vorgeschlagen, Federn mit Kupfer und Zink in mehreren Schichten galvanisch zu beschichten. Das galvanische Beschichtungsverfah­ ren weist jedoch den Nachteil auf, dass hierbei Temperaturen über 400°C angewendet werden, die zu Gefügeveränderungen im Fe­ derwerkstoff führen, wodurch die charakteristischen Federeigen­ schaften negativ beeinflußt werden.

Die JP 59110727 A1 und die JP 59205487 A1 beschreiben Verfahren zur Beschichtung von Federn durch thermische Spritzverfahren. Hierbei werden Federdrähte durch Flammspritzen bzw. durch Plas­ maspritzen beschichtet und im heißen Zustand zu Federn gewi­ ckelt. Anschließend wird die Oberfläche durch Kugelstrahlen vergütet.

Diese Verfahren weisen zwei wesentliche Nachteile auf. Erstens wird die Beschichtung durch das Heißumformen häufig beschädigt, was einen effektiven Korrosionsschutz nicht gewährleistet. Zweitens ist ist mit diesen Verfahren eine selektive Beschich­ tung der Feder nicht möglich.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, einen ver­ besserten Korrosionsschutz für Federn bereitzustellen, durch den die mechanischen Eigenschaften der Federn bewahrt bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge­ löst.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 1 sieht vor, eine Oberfläche einer Feder, insbesondere eine Fahrzeugtragfe­ der mechanisch und/oder thermisch vorzubehandeln und anschlie­ ßend durch ein thermisches Spritzverfahren eine Korrosions­ schutzschicht (Schicht) aufzubringen. Die Vorbehandlung der Fe­ deroberfläche, die z. B. durch Sandstrahlen erfolgen kann, dient zur Verbesserung der Haftung der Schicht. Besonders vor­ teilhaft ist, dass sich durch die Vorbehandlung und der an­ schließenden Beschichtung keine signifikante Festigkeits­ minderung der Feder einstellt. Die Dauerfestigkeit ohne Korro­ sionsangriff bleibt gegenüber herkömmlich beschichteten Federn unverändert. Unter Korrosionseinfluß konnte die Lebensdauer ge­ genüber pulverbeschichteten Federn um einen Faktor zwei bis vier gesteigert werden. Es ist möglich die Schicht nur auf be­ stimmte, besonders auf Korrosion beanspruchte Bereiche der Fe­ deroberfläche aufzubringen, in diesem Fall ist es jedoch notwendig, zumindest die nicht beschichteten Bereiche mit einer herkömmlichen Pulverbeschichtung zu versehen.

Die Oberfläche der Feder wird zur Steigerung der Dauerfestig­ keit durch Kugelstrahlen vergütet. Zur Vorbehandlung einer thermischen Spritzschicht ist ein Reinigen und Aufrauhen der O­ berfläche durch Sandstrahlen besonders zweckmäßig. Grundsätz­ lich wäre zu erwarten, dass durch das Sandstrahlen die vergütete Federoberfläche beschädigt wird, was einen Abfall der Dauerbruchfestigkeit zur Folge hätte. Erfindungsgemäß wurde je­ doch festgestellt, dass die Dauerbruchfestigkeit der Feder ohne Korrosionseinfluß unverändert bleibt (Anspruch 2).

Eine weitere zweckmäßige Vorbehandlung der Federoberfläche kann mittels eines Lasers erfolgen. Hierbei können durch einen do­ sierten Energieeintrag Oberflächenverunreinigungen, die die Haftung der Schicht beeinträchtigen, abgetragen werden. Der E­ nergieeintrag kann so erfolgen, dass im Wesentlichen nur die unmittelbare Oberfläche betroffen ist und die mechanischen Ei­ genschaften der Feder nicht beeinflußt werden. Durch die Be­ handlung der Oberfläche mit Hilfe eines Lasers wird ein dem Sandstrahlen äquivalentes Ergebnis erzielt. Beide Verfahren können alleine oder zur gegenseitigen Unterstützung nacheinan­ der angewendet werden, was eine besonders schonende Oberflä­ chenbehandlung erlaubt (Anspruch 3).

Als Verfahren des thermischen Spritzens sind beispielsweise das Flammspritzen, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, das Plasmaspritzen und das Lichtbogen-Drahtspritzen geeignet. Be­ sonders zweckmäßig ist das Flammspritzen, hierbei werden die Temperaturen an der Federoberfläche in der Regel unter 160°C gehalten. Zudem ist dies ein besonders kostengünstiges Verfah­ ren (Anspruch 4).

Einen sehr guten Schutz der Feder gegenüber Korrosion erzielt man, wenn die Schicht einen anodischen Schutz gewährleistet. Hierfür ist es notwendig, dass das Schichtmaterial einen gerin­ geres Normalpotential in der elektrochemischen Spannungsreihe aufweist als das Material der Feder (Anspruch 5).

In der Regel besteht die Feder aus einem Eisenwerkstoff. In diesem Fall ist eine Schicht aus Zink oder Aluminium oder Kup­ fer besonders zweckmäßig, da diese Metalle ein deutlich niedri­ geres Normalpotential aufweisen als das Eisen. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schicht kann es auch zweck­ mäßig sein, Legierungen auf der Basis der genannten Metalle zu verwenden. So treten z. B. bei der Verwendung von Zink Selbst­ heilungseffekte der Schicht bei Beschädigungen wie z. B. durch kleine Risse auf. Selbst beim Abplatzen von Schichtbereichen bis zu einer Größe von etwa 2 mm wirkt der anodische Schutz durch die Schicht weiter und eine Korrosion des Federmaterials wird vermieden (Anspruch 6).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird am folgenden Beispiel näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Diagramm der Schwingungsfestigkeit (Dauerbruchfestigkeit) von erfindungsgemäß flammgespritzten Fe­ dern und von herkömmlichen pulverbeschichteten Federn unter Korrosionsbedingungen.

Zur Fertigung von Fahrzeugtragfedern werden Stahl-Stäbe (60SiCrV7) erwärmt, zu Federn gewickelt und in Öl abgeschreckt. Nach verschiedenen Temperaturbehandlungen erfolgt eine Oberflä­ chenvergütung durch Kugelstrahlen, wobei Eigenspannungen einge­ bracht werden, die durch Verdichtung der Oberfläche die Dauerbruchfestigkeit erhöhen.

Eine so hergestellte Rohfeder wird nun mit Sand gestrahlt (Ko­ rundsand, Korndurchmesser zwischen 0,8 mm und 1,25 mm Strahl­ druck 3-3,5 bar). Anschließend erfolgt ein Flammspritzen.

Hierzu wird ein Draht (Drahtdicke 3,16 mm) aus einer aluminium­ haltigen Zinklegierung durch eine Flamme transportiert und hierbei aufgeschmolzen. Es bilden sich kleine Zinktröpfchen, die sich auf der Oberfläche der Feder deformieren und erstar­ ren. Durch die Überlagerung der deformierten Tröpfchen entsteht eine kontinuierliche und dichte Zinkschicht (Schichtdicke ca. 150 µm). Die Temperatur der Federoberfläche während der Be­ schichtung beträgt ca. 160°C.

Die so beschichtete Feder wird einem Schwingungstest mit unter­ schiedlichen Schwingungshub unterzogen. Als Referenzen werden hierbei Federn aus dem selben Grundmaterial, jedoch mit einer herkömmlichen Pulverbeschichtung herangezogen. Die Anzahl der Schwingungen bis zum Bruch (Dauerbruchfestigkeit) lag unter Normalbedingungen (kein Kontakt mit korrosiven Medien) bei den verglichenen Federn in der selben Größenordnung.

Unter korrosiven Bedingungen (Besprühen der Feder mit gesättig­ ter Salzlösung) weisen die erfindungsgemäß beschichteten Federn jedoch einen um den Faktor zwei bis vier höhere Dauerfestigkeit auf. In Fig. 1 sind die Schwingfestigkeiten unter den genannten Korrosionsbedingungen aufgetragen. Die Koordinaten-Punkte mar­ kieren die Anzahl der Schwingspiele, die bei dem auf der y- Achse aufgetragenen Schwinghub zum Federbruch führen. Die kreisförmigen Koordinaten-Punkte 1 zeigen herkömmlich beschich­ tete Federn an, die sternförmigen Koordinaten-Punkte 2 zeigen die erfindungsgemäß beschichteten Federn an. Bei einem Schwing­ hub von 87 mm ist die Dauerfestigkeit der erfindungsgemäß be­ schichteten Feder ca. zweimal so hoch wie eine herkömmlich beschichtete Feder.

Claims (6)

1. Verfahren zur Beschichtung einer Feder, insbesondere einer Fahrzeugtragfeder, folgende Schritten umfassend:

• - Vergütung einer Federoberfläche durch Kugelstrahlen,
• - mechanisches und/oder thermisches vorbehandeln der Feder­ oberfläche
• - mindestens teilweise Beschichten der Federoberfläche durch ein thermisches Spritzverfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch Sandstrahlen vorbehandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mittels Laser vorbehandelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung durch Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen, Plasmaspritzen oder Lichtbogen-Drahtspritzen aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial in der elektrochemischen Span­ nungsreihe ein niedrigeres Normalpotential aufweist als das Material der Feder.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial aus Zink und/oder Aluminium und/oder Kupfer oder Legierungen hieraus besteht.