DE102014105619A1

DE102014105619A1 - Verfärbungsschutz

Info

Publication number: DE102014105619A1
Application number: DE102014105619.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Haunstetter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-12-24
Also published as: US9303546B2; US20150267598A1; US20140373516A1; US9644523B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz mindestens einer metallischen Oberfläche vor Verfärbungen bei Hitzeeinwirkung, bei dem die metallische Oberfläche mit einem Lack versehen wird, der nach einem Einbrennverfahren eine dauerhaft wirksame Sauerstoffsperre bildet, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einbrennverfahrens des Lacks die metallische Oberfläche gegen Sauerstoffkontakt versiegelt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Abfuhr von Abgasen einer Brennkraftmaschine, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung mindestens einer metallischen Oberfläche zum Schutz vor thermisch bedingten Verfärbungen sowie eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Abdeckung für eine Abgasanlage.
Abgasanlagen oder mit einer Abgasanlage in Kontakt stehende Teile, insbesondere metallische Teile, können sich aufgrund von an der jeweiligen Abgasanlage anliegenden hohen Temperaturen verfärben; es bilden sich bspw. regenbogenartige Muster
Um diesen Effekt wieder zu beseitigen und eine ursprüngliche Färbung wiederherzustellen, sind aufwendige Arbeiten, wie bspw. Abschleifen, Polieren und Lackieren notwendig, wobei derartige Arbeiten einem Wiederauftreten des Effekts nicht entgegenwirken und daher mit einer erneuten Verfärbung im Falle einer erneuten Erwärmung zu rechnen ist.
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Schutz von mindestens einer metallischen Oberfläche vor Verfärbungen vorgestellt, bei dem die mindestens eine metallische Oberfläche mit einem geeigneten Klarlack behandelt wird. Derartige Klarlacke sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden beispielsweise unter dem Markennamen NONA-X Klarlack angeboten. Der Klarlack selbst bildet nach dem Einbrennverfahren eine dauerhaft wirksame Sauerstoffsperre zwischen der metallischen Oberfläche und den darüber strömenden heißen Abgasen der Abgasanlage, so dass die metallische Oberfläche keine optischen Beeinträchtigungen mehr erhält. Die Sauerstoffsperre besteht dabei aus Nanopartikeln, die eine sauerstoffdichte Hülle bilden, wodurch der Sauerstoff von der darunterliegenden Metalloberfläche ferngehalten und dadurch die Verfärbung der metallischen Oberfläche bei hohen Temperaturen verhindert wird.
Bisher noch nicht gelöst, ist die Problematik, dass die metallische Oberfläche bereits bei den hohen im Einbrennofen vorherrschenden Temperaturen geschädigt und verfärbt wird. Dazu wird vorgeschlagen die metallische Oberfläche gegen Sauerstoffkontakt zu versiegeln. Diese Versiegelung kann unterschiedlich erfolgen.
So kann das Einbrennen unter einer Schutzatmosphäre erfolgen. Unter dem Begriff „unter einer Schutzatmosphäre“ ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Behandlung der metallischen Teile in einem geschlossenen Raum, beispielsweise in einem Einbrennofen, zu verstehen, in dem spezifische Bedingungen durch ausgewählte Gase erzeugt werden. Insbesondere ist eine Schutzatmosphäre aus Stickstoff verwendungsfähig zur Verdrängung von Sauerstoff.
Alternativ kann vorgesehen sein, vor dem Aufbringen und Einbrennen des Klarlacks die metallische Oberfläche einem sogenannten INOX-Spectralverfahren zu unterziehen. Bei diesem bekannten elektro-chemischen Prozess erhält die metallische Oberfläche eine Farbgebung durch den Aufbau einer Chromoxid-Schicht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dieser Effekt die metallische Oberfläche derart gegen Sauerstoffkontakt abbindet, dass das Einbrennen des Klarlacks nicht mehr unter einer Schutzatmosphäre erfolgen muss.
Für beide oben geschilderten Varianten empfiehlt sich eine Vorbehandlung der metallischen Oberfläche bspw. durch Abstrahlen mit Strahlgut und anschließendem Elektropolieren. Das Strahlgut kann dabei eine Körnung insbesondere von 90 bis 150 μm aufweisen.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Klarlack bei einer geeigneten Temperatur eingebrannt wird.
Durch den Vorgang des Einbrennens verbindet sich der Klarlack effektiv mit der metallischen Oberfläche bzw. mit der elektro-chemisch vorbehandelten metallischen Oberfläche und wird dadurch unempfindlicher gegenüber mechanischen und chemischen Einflüssen. Eine mögliche geeignete Temperatur für den Vorgang des Einbrennens des Klarlacks liegt im Bereich von 300 °C bis 500 °C, wobei auch niedrigere oder höhere Temperaturen in Verbindung mit einem jeweiligen Lack bzw. Klarlack verwendungsfähig sind. Es hat sich gezeigt, dass sich die besten Ergebnisse bei einer Temperatur i.H.v. 450 °C einstellen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Klarlack ein NANO-X Klarlack mit Sauerstoffsperre ist.
Durch Einsatz von Nanotechnologie ist es möglich, eine Sauerstoffsperre über der mindestens einen metallischen Oberfläche zu errichten, die undurchlässig gegenüber Sauerstoff und damit schützend vor Verfärbungen bei hohen Temperaturen auf der mindestens einen metallischen Oberfläche wirkt.
Ferner umfasst die vorgestellte Erfindung eine Abdeckung im Nahbereich eines von einer Brennkraftmaschine abzweigenden Abgastraktes. Eine derartige Abdeckung wird durch die ausströmenden heißen Abgase angeströmt, so dass die Abdeckung selbst sehr hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt ist. Die Abdeckung ist insoweit zumindest teilweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt.
Mittels der erfindungsgemäßen Abdeckung ist es vorzugsweise möglich, einen Motorraum mit einer darin befindlichen Brennkraftmaschine nach außen hin abzuschirmen, ohne eine Verfärbung zu riskieren. Durch eine derartige Abdeckung bzw. eine derartig behandelte Abdeckung ist es möglich, Abgasanlagen optisch ansprechend, insbesondere farblich harmonisch in eine Karosserie eines jeweiligen Fahrzeugs zu integrieren.
Ferner ermöglicht eine erfindungsgemäß harmonische Integration einer Abgasanlage in die Karosserie eines jeweiligen Fahrzeugs neue Funktionalitäten, wie bspw. verkürzte Abgaswege und damit verbunden eine reduzierte Wärmeabgabe an das Fahrzeug.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 zeigt eine Gesamtdarstellung einer möglichen Ausführungsform der vorgestellten Vorrichtung.
2 zeigt eine Explosionszeichnung mit jeweiligen Komponenten der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorgestellten Vorrichtung.
Eine in 1 dargestellte Abdeckung 1 dient zur Abdeckung bzw. zum Schutz einer Abgasanlage bzw. eines eine Abgasanlage und eine Brennkraftmaschine umfassenden Motorraums vor äußeren Einflüssen.
Weiterhin dient die Abdeckung 1 zur Aufnahme von aus der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasanlage austretenden Abgasen. Dazu wird die Abdeckung von den von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgasen überströmt und leitet diese an die jeweilige Umgebung ab.
Ferner dient die Abdeckung 1 einer Entwärmung der Brennkraftmaschine. Für diese Entwärmung sind Öffnungen 3, in Form von Hexagon-Löchern, in der Abdeckung 1 vorgesehen, die einen Luftaustausch zwischen dem unter der Abdeckung befindlichen Motorraum und der Umgebung ermöglichen. Dabei steigt von der Brennkraftmaschine erwärmte Luft nach oben in Richtung der Abdeckung 1, passiert die Abdeckung 1 durch die Öffnungen 3 und wird an die Umgebung abgegeben. Gleichzeitig bedingt das Abgeben der erwärmten Luft einen Eintritt von kalter Umgebungsluft in den Motorraum.
Die Abdeckung 1 ermöglicht eine Anordnung einer Abgasanlage in einem jeweiligen Fahrzeug in der Art, dass die Abgase nach oben hin, d. h. zu einer der Straße abgewandten Seite ausgestoßen werden. Daher ist die Abdeckung dazu ausgestaltet, an eine jeweilige Abgasanlage angeschlossen zu werden und aus der jeweiligen Abgasanlage austretende Abgase aufzunehmen und an die Umgebung abzugeben.
Um die durch die Abgasanlage zugeführten Abgase, die in der Regel sehr heiß sind, aufnehmen und abführen zu können, ist es erforderlich, dass zumindest diejenigen Teile der Abdeckung, die mit den Abgasen in Kontakt gelangen, aus einem temperaturbeständigen Material geformt sind. Die entsprechenden Teile der Abdeckung sind in der Regel durch Abstrahlen mit Strahlgut und ggf. durch anschließendes Elektropolieren vorbehandelt. Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei die Abdeckung Zunächst mit einem sogenannten INOX SPECTRAL^®-Verfahren behandelt. Bei diesem bekannten elektro-chemischen Prozess erhält die metallische Oberfläche der Abdeckung eine Farbgebung durch den Aufbau einer Chromoxid-Schicht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dieser Effekt die metallische Oberfläche derart gegen Sauerstoffkontakt abbindet, dass das anschließende Einbrennen des Klarlacks nicht mehr unter einer Stickstoff-Schutzatmosphäre erfolgen muss. Als Klarlack kann ein Nano-Klarlack mit Sauerstoffsperre, wie einem NANO-X Klarlack, beispielsweise einem NANO-X Klarlack AFP 1563, eingesetzt werden. Dieser Lack wird sodann unter mit einer Einbrenntemperatur von ca. 450 °C eingebrannt.
Sofern vor dem Auftragen des Klarlacks keine Sauerstoffsperre durch ein entsprechendes Verfahren, wie das besagte INOX-Spectral-Verfahren, erzeugt wird, wird der Klarlack unter einer Schutzatmosphäre, wie beispielsweise Stickstoff, eingebrannt, vorzugsweise bei einer Temperatur von 450°C.
Ferner kann die hitzebeständige Schicht auch durch alleiniges Aufbringen eines Nano-Klarlacks mit Sauerstoffsperre auf einem jeweiligen Teil der Abdeckung und anschließendem Einbrennen unter Schutzatmosphäre gebildet werden. Darüber hinaus kann als hitzebeständige Schicht auch eine sogenannte PVD-Schicht (physical vapor deposition) vorgesehen sein. Welche Art Schicht zu wählen ist, hängt von dem betreffenden Teil der Abdeckung ab, insbesondere auch von dessen gewünschten optischen Eindruck.
Die in 2 dargestellte Übersicht der Komponenten der Abdeckung 1 bietet eine Möglichkeit zur detaillierten Erläuterung des Aufbaus der Abdeckung 1.
Ein Grundgerüst aus einem Innenblech 2 und einem Außenblech 4 trägt weitere Komponenten. Das Grundgerüst, insbesondere das Außenblech 4, wird unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst mit dem INOX SPECTRAL Verfahren behandelt und anschließend einem Klarlack lackiert. Das Innenblech 2 wird nur mit einem Klarlack lackiert. Anschließend wird das Außenblech 4 in einem Einbrennofen unter Luftatmosphäre eingebrannt; während das nur mit Klarlack behandelte Innenblech 2 unter einer Schutzatmosphäre aus Stickstoff bei ca. 450 °C in einem Einbrennofen eingebrannt wird. Bei dem verwendeten Klarlack handelt es sich vorzugsweise um einen Nano-Klarlack, insbesondere um einen Nano-Klarlack mit Sauerstoffsperre.
Zu den weiteren Komponenten gehören paarige Blenden 6 der Abgasanlage, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Blende dargestellt ist, in die wiederum jeweils Ringblenden 8, 18 eingesetzt sind, sowie eine mittig auf dem Außenblech 4 angeordnete Abdeckung 10 für einen von der Abgasanlage umfassten Katalysator. Die Abdeckung 10 für den Katalysator wird nach unten hin abgegrenzt durch einen Servicedeckel (nicht dargestellt). Der Servicedeckel verdeckt einen in Form von Öffnungen 13 ausgebildeten Zugang bzw. Eingriff zu der unterhalb der Abdeckung 10 angeordneten Brennkraftmaschine. Das Innenblech 2 trägt weiterhin paarige Innendeckel 5, die undurchlässig gegenüber Luft und Feuchtigkeit sind und jeweilige unterhalb der Innendeckel liegende Bereiche gegen bspw. Wettereinflüsse abschirmen. Sowohl die Blenden der Abgasanlage 6 als auch die Abdeckung 10 für den Katalysator bestehen in der Regel aus Keramik bzw. einem Keramikverbundstoff.
Ferner sind diejenigen Teile der Abdeckung, die mit den Abgasen in Kontakt gelangen, d. h. insbesondere die paarigen Blenden 6, derart ausgestaltet, dass diese die Abgase bzw. einen die Abgase umfassenden Abgasstrahl in einer definierten Richtung, bspw. entgegen der Fahrtrichtung in die Umgebung ableiten.
Demzufolge bietet die Abdeckung 1 eine Möglichkeit zur effizienten Reduktion der durch einen Betrieb der Brennkraftmaschine bedingten Erwärmung des Motorraums und damit eines gesamten Fahrzeugs. Eine dadurch erreichte Temperatursenkung bzw. Temperaturstabilisierung kann bspw. für einen Einsatz von Hochleistungsakkumulatoren von Bedeutung sein, da diese häufig einen optimalen Wirkungsgrad im Bereich von 20 bis 40 °C erreichen. Daher kann durch Einsatz der erfindungsgemäßen Abdeckung bzw. der erwähnten Vorrichtung der Motorraum als potentieller Lagerraum für Akkumulatoren für bspw. einen Hybrid-Antrieb verwendungsfähig sein.
Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es möglich Bauteile in Fahrzeugen zu gestalten, die hochtemperaturbeständig und auch hinsichtlich ihres nach außen sichtbaren Erscheinungsbildes beständig sind.

Claims

Verfahren zum Schutz mindestens einer metallischen Oberfläche vor Verfärbungen, bei dem die metallische Oberfläche mit einem Lack versehen wird, der nach einem Einbrennverfahren eine dauerhaft wirksame Sauerstoffsperre bildet, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einbrennverfahrens des Lacks die metallische Oberfläche gegen Sauerstoffkontakt versiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versiegeln dadurch erfolgt, dass der Lack unter einer Schutzatmosphäre, insbesondere unter Stickstoff, in einem Einbrennofen eingebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versiegeln durch ein INOX-Spectral-Verfahren erfolgt, wodurch gleichzeitig eine Farbgebung der metallischen Oberfläche erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem der Klarlack bei einer geeigneten Temperatur eingebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die geeignete Temperatur in einem Bereich von 300 °C bis 500 °C, insbesondere bei 450 °C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der geeignete Klarlack ein NANO-X Klarlack mit Sauerstoffsperre ist.
Vorrichtung zur Abfuhr von Abgasen und Abwärme einer Brennkraftmaschine, mit einer Abdeckung (1) für einen Motorraum, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei mindestens ein von der Brennkraftmaschine abzweigender Abgastrakt von der Brennkraftmaschine aus in im Wesentlichen kürzest möglichem Weg nach oben hin mit der Abdeckung (1) verbunden ist und die Abgase über die Abdeckung (1) an die Umgebung des Fahrzeugs abzuleiten sind und wobei die Abdeckung (1) zumindest teilweise nach einem der Ansprüche 1 bis 6 behandelt ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7.