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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils, insbesondere
eines Fahrwerksbauteils.
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Fahrzeugbauteile,
insbesondere Fahrwerksbauteile, werden üblicherweise als Vorbehandlung einer
Beschichtung reinigungsgestrahlt, um eine gute Haftung und Korrosionsbeständigkeit
der Beschichtung zu gewährleisten.
Bei thermisch gefügten
Fahrwerksbauteilen aus Aluminium- und anderen Leichtmetalllegierungen
entfällt
oftmals dieser Beschichtungsschritt. Solche Bauteile werden daher üblicherweise überhaupt
nicht gestrahlt.
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Auch
wenn eine strahlende Behandlung von solchen Bauteilen stattfindet,
beschränkt
sich die Auswahl der Prozessparameter beim Strahlen in der Regel
vollständig
auf die Reinigungswirkung und die Optimierung des darauffolgenden
Beschichtungsschritts. Über
die Reinigungswirkung und die Wirkung der Haftoptimierung von später aufzubringenden
Beschichtungen hinaus hat das Oberflächenstrahlen jedoch weitere
vorteilhafte Auswirkungen auf die Materialqualität, welche bisher bei der Herstellung
von Fahrzeugbauteilen nicht genutzt werden.
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Die
in der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also,
ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils zur Verfügung zu
stellen, welches die geschilderten Nachteile überwindet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei einem solchem Verfahren
wird das Fahrzeugbauteil zumindest bereichsweise durch gezieltes
Oberflächenstrahlen
mit einem Strahlmedium behandelt, wobei das Strahlmedium und/oder
ein Strahlwinkel und/oder eine Strahlgeschwindigkeit und/oder eine
Strahlzeit so gewählt
werden, dass der behandelte Bereich verfestigt wird. Hierbei wird
unter Strahlmedium ein geeignetes Strahlmittel verstanden.
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Indem
also die Strahlparameter nicht mehr ausschließlich unter Hinblick auf die
Optimierung der Reinigungswirkung und auf die verbesserte Haftung einer
später
aufzubringenden Beschichtung gewählt werden,
kann durch Oberflächenstrahlen
zusätzlich eine
gezielte Verfestigung bzw. Härtung,
Erhöhung der
Korrosionsbeständigkeit,
Steigerung der Schwingfestigkeit, Reduktion von Schwingungsverschleiß und Steigerung
der Verschleißfestigkeit
erzielt werden. Dies ist insbesondere beim Leichtbau von Kraftfahrzeugen
von Bedeutung, da durch eine erhöhte
Dauerschwingfestigkeit die gleiche Bauteilleistung bei einem verringerten
Bauteilgewicht realisiert werden kann. Auch die Lebensdauer der Bauteile
wird durch die erhöhte
Korrosions- und Betriebsfestigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit
erhöht.
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Besonders
bevorzugt erfolgt das Oberflächenstrahlen
dabei im Bereich einer thermischen Fügestelle. Gerade an solchen
thermischen Fügestellen
ist das Bauteilgefüge
besonders beansprucht und damit ggf. verschleißanfällig. Neben der Optimierung der
Eigenspannungsverteilung im Werkstück kann eine Behandlung durch
Oberflächenstrahlen
im Bereich von thermischen Fügestellen
zusätzlich
eine Verbesserung der Gefügequalität durch
die Verringerung des Restaustenitgehalts bewirken.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden Strahlmedium,
Strahlwinkel, Strahlgeschwindigkeit und Strahlzeit für unterschiedliche
Bereiche des Fahrzeugbauteils unterschiedlich gewählt. Damit
ist eine Anpassung der Materialgüte
an bereichsweise unterschiedliche Belastungen des Bauteils ermöglicht.
So können
beispielsweise durch gezieltes, bereichsweise unterschiedliches
Strahlen gezielte Eigendruckspannungsgradienten in das Material
eingebracht werden, welche beispielsweise vorteilhaft zum Ausgleich
zu erwartender Zugspannungsverläufe
im Werkstück
angelegt werden können.
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Besonders
bevorzugt werden bei einem solchen Verfahren Strahlmedien verwendet,
welche aus Partikel und insbesondere aus kugelförmigem Strahlgut bestehen.
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Das
Fahrzeugbauteil kann insbesondere aus einem metallischen Werkstoff
wie z. B. aus Stahl oder Aluminium bestehen.
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Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden,
wobei die einzige Figur eine schematische Darstellung eines thermisch
gefügten
Fahrzeugbauteils während
der strahlenden Behandlung darstellt.
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Die
Abbildung zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugbauteils 10,
welches aus zwei Teilbauteilen 12 und 14 besteht,
welche thermisch, hier über
eine Schweißnaht 16,
zusammengefügt
wurden. Zum Behandeln des Bauteils 10 wird es mit einem
Strahlmedium bzw. mit einem Strahlmittel, welches aus beispielsweise
kugelförmigen
Partikeln 18, welche der Übersichtlichkeit halber nicht
alle bezeichnet sind, besteht, in Richtung des Vektors 20 bestrahlt.
Der Vektor 20 schließt dabei
mit der Flächennormalen 22 auf
die Oberfläche 24 des
Bauteils 10 den so genannten Strahlwinkel α ein.
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Eine
solche strahlende Behandlung verändert
zunächst
einmal die Geometrie der Oberfläche 24,
wie im bereits bestrahlten Bereich 26 zu erkennen. Durch
die strahlende Behandlung wird der Werkstoff verfestigt. Gleichzeitig
werden Oxidschichten abgetragen und eine generelle Reinigungswirkung
erzielt. Eine so aufgeraute und gereinigte Oberfläche verbessert
zunächst
einmal die Haftfähigkeit später aufzutragender
Beschichtungen.
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Über diese
Veränderung
der Oberfläche 24 hinaus
führt die
strahlende Behandlung weiterhin zu Gefügeveränderungen in einer Oberflächenschicht 30.
Insbesondere induzieren strahlende Verfahren eine Druckeigenspannung
in einer Oberflächenschicht 30 mit
der Dicke d. Die Dicke d hängt
dabei von den Parametern des Strahlverfahrens ab. Hierzu zählt der
bereits genannte Strahlwinkel α,
die Strahlgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit mit der die z.
B. kugelförmigen
Partikel 18 des Strahlmediums entlang des Vektors 20 auf
die Oberfläche 24 auftreffen
sowie die Strahlzeit, also die Einwirkzeit des Strahlmediums auf
einen bestimmten Oberflächenbereich.
Hierzu kommt noch die Strahldichte, also die Anzahl der Partikel 18,
welche pro Zeiteinheit auf eine Flächeneinheit der Oberfläche 24 auftreffen.
Die genannten Parameter können
im Rahmen des verwendeten Strahlverfahrens in weiten Intervallen
variiert werden.
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Zur
Beschleunigung der Partikel 18 auf die Oberfläche 24 zu
eignen sich die gängigen
Strahlverfahren, insbesondere das Druckluft- und das Schleuderradstrahlen.
Letztlich spielt noch die Form der Partikel 18, welche
hier kugelförmig
dargestellt sind, eine Rolle. Neben solchen kugelförmigen Partikeln (Schroten)
sind auch kantige oder zylindrische Partikel (Grits) verwendbar.
Solche Grits erzeugen allerdings einen höheren Materialabtrag bei geringerer Dicke
d der verfestigten Schicht 30. In Abhängigkeit vom Werkstoff, welcher
für das
Bauteil 10 verwendet wurde, ist schließlich noch das Material der
Partikel 18 des Strahlmediums anzupassen, insbesondere unter
Berücksichtigung
der Dichte der Partikel 18.
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Neben
der Erhöhung
der Druckeigenspannung in der Oberflächenschicht 30 werden
durch eine strahlende Behandlung weitere Gefügeveränderungen erzeugt. Insbesondere
erhöht
sich im Bereich der Oberflächenschicht 30 auch
die Festigkeit des Werkstoffes des Bauteils 10. Bei einer
strahlenden Behandlung von eisenbasierten Legierungen, insbesondere
von Stählen,
kommt es darüber
hinaus zu einer vorteilhaften Verringerung des Restaustenitgehalts.
Dies ist insbesondere im Bereich der die Schweißnaht 16 umgebenden
Wärmeeinflusszone 32 von
Bedeutung.
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Die
eingangs genannten Strahlparameter müssen dabei nicht über die
gesamte Oberfläche 24 des
Bauteils 10 hinweg konstant gehalten werden. Es kann vielmehr
durchaus vorteilhaft sein, die genannten Parameter über verschiedene
Bereich der Oberfläche 24 hinweg
zu variieren. Insbesondere im Bereich von thermischen Fügestellen 16 kann
beispielsweise ein intensiveres Strahlen der Oberfläche vorteilhaft
sein. Auch können
durch eine gezielte Variation der Strahlparameter beispielsweise
Eigendruckspannungsgradienten in die Oberflächenschicht 30 des
Bauteils 10 eingebracht werden, welche idealerweise so
gewählt
werden, dass sie mit erwarteten Zugspannungen am Bauteil im Verlauf übereinstimmen,
und damit die Widerstandsfähigkeit
des Bauteils gegenüber
solchen Zugspannungen erhöhen.