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Die Erfindung betrifft die Modifikation einer metallischen Oberfläche, um eine besonders stabile und besonders gut kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei verbunden metallischen Bauteilen herzustellen.
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Metallische Bauteile werden gerne mit einer ersten Beschichtung aus einem unedleren Metall überzogen. Hierdurch wird eine vollflächige Opferanode bereitgestellt, welche bei einer Beschädigung der Oberfläche den Kern, das tragende Metall, vor Korrosion schützt. Zudem bilden viele dieser unedlen Metalle stabile Oxidoberflächen aus, was einen weiteren Korrosionsschutz darstellt. Durch die Auftragung können diese ersten Beschichtungen aus einem unedleren Metall rau und porös sein. Daher ist es bekannt, auf eine solche erste Beschichtung eine zweite Beschichtung aufzubringen, beispielsweise einen Kunststoff. Dieser dringt dabei auch bevorzugt in die Poren ein. Dadurch wird eine glattere und dazu noch wasserabweisende Oberfläche erzeugt. Jedoch hat sich als vorteilhaft herausgestellt, in Bereichen, in denen zwei metallische Bauteile miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, werden sollen, diese rauen Oberflächen der ersten Beschichtung zu belassen und keine zweite Beschichtung aufzubringen.
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Hierbei hat sich jedoch ein Problem gezeigt. Schrauben, die zur Verbindung eingesetzt werden, werden mittels eines Konservierungsstoffes, beispielsweise eines fließfähigen Öls, vor Korrosion geschützt. Es hat sich aber nun herausgestellt, dass beispielsweise ein Öl dann durch die Kapillarkräfte durch die zur Ausnehmung für die Schraube offene Seitenfläche der ersten Beschichtung in die poröse Struktur der ersten Beschichtung eindringen kann. Hierdurch gelangt das Öl dann auf den Verbindungsbereich, in welchem die beiden miteinander verbundenen Bauteile aneinander anliegen. Hierdurch wird die flächige Kraftübertragung jedoch wieder verringert, sodass eine höhere Belastung an der Schraube anliegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung zwischen zwei metallischen Bauteilen zu schaffen, die eine besonders gute flächige Kraftübertragung zwischen den verbundenen metallischen Bauteilen ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch das metallische Bauteil mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, den Verbund mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen, den Verbund mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen, den Beschichtungsstempel mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen und das Verfahren mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße metallische Bauteil weist einen ersten Bauteilkörper auf. Bauteilkörper ist im Sinne der Erfindung der innere Kern, die eigentliche tragende Struktur, das eigentliche metallische Werkstück. Der Bauteilkörper ist für Größe, Gewicht und Aussehen des metallischen Bauteils prägend. Der erste Bauteilkörper besteht aus einem ersten Metall oder einer ersten Metalllegierung, beispielsweise und insbesondere aus Stahl. Das metallische Bauteil weist eine erste Beschichtung auf, wobei die erste Beschichtung aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Metalllegierung besteht. Die erste Beschichtung kann beispielsweise und insbesondere aus Zink oder einer Zink-Aluminium-Legierung bestehen. Beispielsweise und bevorzugt wird die erste Beschichtung mittels thermischen Spritzen aufgebracht. Das erste Metall oder die erste Metalllegierung ist edler als das zweite Metall oder die zweite Metalllegierung. Die erste Beschichtung wirkt somit als flächige Opferanode und schützt somit den Bauteilkörper vor Korrosion. Das metallische Bauteil weist einen Verbindungsbereich auf. Der Verbindungsbereich ist zum direkten Kontakt und zur dauerhaften Verbindung mit einem anderen metallischen Bauteil ausgelegt. Der Verbindungsbereich ist also der Teil der Oberfläche, welche nach der Verbindung durch das verbundene Bauteil verdeckt ist. Somit ist der Verbindungsbereich auch der Bereich, in dem Kräfte zwischen den verbundenen Bauteilen übertragen werden können. In dem Verbindungsbereich ist wenigstens eine Ausnehmung zur Anordnung eines Verbindungselements angeordnet. Üblicherweise sind in einem Verbindungsbereich eine Vielzahl an Ausnehmungen angeordnet, um eine Vielzahl an Verbindungselemente aufnehmen zu können. Je größer die übertragenen Kräfte sind, umso höher wird üblicherweise die Zahl der Ausnehmungen und damit der Verbindungselemente gewählt.
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Erfindungsgemäß ist oberhalb der ersten Beschichtung angrenzend an die Ausnehmung eine zweite Beschichtung angeordnet. Somit befindet sich die zweite Beschichtung in dem Verbindungsbereich, der üblicherweise gerade nicht mit einer zweiten Beschichtung versehen werden würde. Die zweite Beschichtung umgibt die Ausnehmung vollständig. Die Fläche der zweiten Beschichtung beträgt jedoch höchstens 25 %, bevorzugt höchstens 10 %, weiter bevorzugt höchstens 5 %, besonders bevorzugt höchstens 2 %, der Fläche des Verbindungsbereichs. Durch diese flächenmäßige Begrenzung wird zum einen erreicht, dass weiterhin der größte Teil des Verbindungsbereichs weiter für eine sehr feste und durch die raue Struktur der ersten Beschichtung optimalen Verbindung zur Verfügung steht, gleichzeitig aber auch kein die Haftung verbindender Stoff, beispielsweise kein Öl, zwischen die verbundenen Bauteile eindringen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die zweite Beschichtung aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial. Insbesondere weist die zweite Beschichtung Polychloropren auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Beschichtung porös und die zweite Beschichtung ist wenigstens teilweise in die erste Beschichtung eingedrungen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Ausnehmung einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei die zweite Beschichtung die Ausnehmung ringförmig umgibt. Der kreisförmige Querschnitt ist beispielsweise für Schrauben bevorzugt, da eine runde Ausnehmung leicht in ein metallisches Bauteil abtragend eingebracht werden kann. Es wären jedoch auch andere Querschnitte denkbar. Für gewisse sehr kraftbelastete Verbindungen werden beispielsweise viereckige Bolzen verwendet, welche nur im Außenbereich einen runden Querschnitt und ein Gewinde aufweisen. In diesem Fall wäre die Ausnehmung ebenfalls von einer zweiten Beschichtung umgeben, welche die gleiche Außenform wie die Ausnehmung selbst aufweist, also beispielsweise für eine quadratische Ausnehmung wäre die Außenkontur der zweiten Beschichtung ebenfalls quadratisch, sodass sich jeweils seitlich ein gleich breiter Streifen der zweiten Beschichtung erstreckt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der ersten Beschichtung die zweite Beschichtung außerhalb des Verbindungsbereichs angeordnet. Somit ist das metallische Bauteil in den Bereichen außerhalb des Verbindungsbereichs oder der Verbindungsbereiche durch die zweite Beschichtung geschützt. Hierbei kann die chemische Zusammensetzung der zweiten Beschichtung im Verbindungsbereich sich von der chemischen Zusammensetzung der zweiten Beschichtung außerhalb des Verbindungsbereichs unterscheiden, beispielsweise, da beide in unterschiedlicher Art aufgebracht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das metallische Bauteil ein Rollenlager oder Bestandteil eines Rollenlagers.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Verbund aus zwei erfindungsgemäßen metallischen Bauteilen. Die beiden metallischen Bauteile sind mittels wenigstens einem ersten Verbindungselement verbunden, beispielsweise verschraubt oder vernietet. Üblicherweise wird eine Mehrzahl an Verbindungselementen verwendet. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Schraube, ein Bolzen oder ein Niet sein. Im Falle einer Schraube kann die Ausnehmung ein Gewinde aufweisen oder die Ausnehmung kann glatt sein, wobei die Schraube dann außerhalb der metallischen Bauteile mit Muttern gesichert wird. Das erste Verbindungselement ist in den beiden Ausnehmungen der beiden metallischen Bauteile angeordnet. Die beiden Verbindungsbereiche der beiden metallischen Bauteile sind aneinander anliegend. Zwischen dem ersten Verbindungselement und den Wandungen der Ausnehmungen ist ein Konservierungsstoff, beispielsweise ein Öl, angeordnet. Ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung der metallischen Bauteile würde der Konservierungsstoff, beispielsweise das Öl, insbesondere durch Kapillarkräfte in die erste Beschichtung und damit in die Verbindung zwischen die beiden metallischen Bauteile gezogen werden und so den Kraftschluss in der Verbindung schwächen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine alternative Ausführungsform. Während in der zuvor genannten Ausführungsform beide metallischen Bauteile eine Ausnehmung aufweisen und diese durch ein getrenntes Verbindungselement verbunden, so ist in dieser Ausführungsform das Verbindungselement Bestandteil des weiteren metallischen Bauteils, das daher keine Ausnehmungen aufweist und dessen hervorragenden Verbindungselemente dann in die Ausnehmungen eines erfindungsgemäßen metallischen Bauteils eingreifen können. Dieser Verbund aus wenigstens einem erfindungsgemäßen metallischen Bauteil und einem weiteren metallischen Bauteil ist daher dadurch gekennzeichnet, dass das weitere metallische Bauteil wenigstens ein erstes Verbindungselement aufweist. Bevorzugt weist das weitere metallische Bauteil eine Mehrzahl an Verbindungselementen und das erfindungsgemäße metallische Bauelement eine gleiche Anzahl an Ausnehmungen auf. Das metallische Bauteil und das weitere metallische Bauteil sind mittels des wenigstens einen ersten Verbindungselements verbunden, beispielsweise verschraubt oder vernietet. Das erste Verbindungselement ist in der Ausnehmung des metallischen Bauteils angeordnet. Das weitere metallische Bauteil liegt an dem Verbindungsbereich des metallischen Bauteils an. Zwischen dem ersten Verbindungselement und den Wandungen der Ausnehmung ist ein Konservierungsstoff, beispielsweise das Öl, angeordnet. Ohne die erfindungsgemäße Ausgestaltung des metallischen Bauteils würde der Konservierungsstoff, beispielsweise das Öl, insbesondere durch Kapillarkräfte in die erste Beschichtung und damit in die Verbindung zwischen den metallischen Bauteilen gezogen werden und so den Kraftschluss in der Verbindung schwächen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Beschichtungsstempel. Der Beschichtungsstempel kann zur Herstellung der zweiten Beschichtung auf einem erfindungsgemäßen metallischen Bauteil verwendet werden. Der Beschichtungsstempel weist einen ersten Stempelbereich auf. Der erste Stempelbereich ist zum Eingreifen in eine Ausnehmung eines metallischen Bauteils ausgebildet. Hierdurch wird auch eine reproduzierbare Positionierung des Beschichtungsstempels relativ zum metallischen Bauteil erreicht und die durch den Beschichtungsstempel aufgetragene zweite Beschichtung hat somit eine reproduzierbare Form um die Ausnehmung. Der Beschichtungsstempel weist weiter einen zweiten Stempelbereich auf. Der zweite Stempelbereich umgibt den ersten Stempelbereich. Der zweite Stempelbereich ist eben ausgebildet. Hierdurch liegt der zweite Stempelbereich dann auf dem entsprechenden Bereich des Verbindungsbereichs auf, sodass der zweite Stempelbereich das Material für die zweite Beschichtung übertragen kann.
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Als Stempelbereich eines Beschichtungsstempels wird der Bereich verstanden, mit dem stempelnd Material, beispielsweise ein Lack oder eine Farbe, übertragen werden soll. Im klassischen Fall des Hochdrucks wäre der Stempelbereich die erhabene Fläche der Lettern, welche die Druckfarbe überträgt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Stempelbereich die Form eines Kugelausschnitts auf. Hierdurch ist der Beschichtungsstempel besonders gut geeignet für runde Ausnehmungen. Gleichzeitig wird durch die Form des Kugelausschnitts eine Führung des Beschichtungsstempels erreicht, sodass der Beschichtungsstempel geführt und zentriert wird und dadurch eine reproduzierbare zweite Beschichtung erzeugt. Bevorzugt entspricht der maximale Durchmesser des Kugelausschnitts dem Durchmesser der Ausnehmung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen der erste Stempelbereich und der zweite Stempelbereich aus Kautschuk, insbesondere aus Silikonkautschuk.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, insbesondere eines erfindungsgemäßen metallischen Bauteils. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines metallischen Bauteils mit einem ersten Bauteilkörper aus einem ersten Metall oder einer ersten Metalllegierung und einer ersten Beschichtung aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Metalllegierung, wobei das erste Metall oder die erste Metalllegierung edler als das zweite Metall oder die zweite Metalllegierung ist, und einem Verbindungsbereich mit wenigstens einer ersten Ausnehmung,
- b) Bereitstellen einer Beschichtungsflüssigkeit für eine zweite Beschichtung,
- c) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Beschichtungsstempels,
- d) Beschichten des ersten Stempelbereichs und des zweiten Stempelbereichs des Beschichtungsstempels mit der Beschichtungsflüssigkeit,
- e) Einführen des ersten Stempelbereichs in die erste Ausnehmung des metallischen Bauteils, sodass der zweite Stempelbereich flächig auf der ersten Beschichtung aufliegt,
- f) Entfernen des Beschichtungsstempels.
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Hierdurch ist in einfacher Weise die Herstellung eines erfindungsgemäßen metallischen Bauteils möglich.
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Als Beschichtungsflüssigkeit kann beispielsweise eine wässrige Polymerisationsdispersion von Polychloropren hergestellt aus 2-Chlor-1,3-butadien verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach Schritt f) der folgende Schritt durchgeführt:
- g) Einbringung eines Konservierungsstoffes in die Ausnehmung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt f) und Schritt g) eine Wartezeit von 10 min bis 120 min abgewartet. Hierdurch kann ein Lösemittel zur Aufbringung der zweiten Beschichtung, beispielsweise Wasser, ausreichend verdampfen.
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Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Herstellung eines metallischen Bauteils anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 Bauteilkörper
- 2 Bauteilkörper mit erster Beschichtung und Ausnehmung
- 3 Beschichtungsstempel
- 4 Beschichtungsstempel über Tank
- 5 Beschichtungsstempel in Beschichtungsflüssigkeit
- 6 Beschichtungsstempel über Ausnehmung
- 7 Beschichtungsstempel in Ausnehmung
- 8 Metallisches Bauteil
- 9 Metallisches Bauteil mit Konservierungsstoff
- 10 Verbund aus zwei metallischen Bauteilen
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Die Darstellungen sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht. Insbesondere die Dicke der zweiten Beschichtung 80 würde wie gezeigt den direkten vollflächigen Kontakt verhindern. Die Figuren dienen somit nur zur prinzipiellen Erklärung.
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In 1 ist ein einfacher Bauteilkörper 20 gezeigt. Auf diesen wird eine erste Beschichtung 30 aufgebracht und einen Ausnehmung 40 spanend erzeugt, wie in 2 gezeigt.
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Für die Erzeugung der zweiten Beschichtung 80 wird ein Beschichtungsstempel 50 verwendet, wie in 3 gezeigt. Weiter wird eine Beschichtungsflüssigkeit 70 in einem Tank 60 bereit gestellt, wie in 4 gezeigt und der Beschichtungsstempel 50, wie in 5 gezeigt, in die Beschichtungsflüssigkeit eingetaucht. Anschließend wird der Beschichtungsstempel 50 über der Ausnehmung 40 angeordnet, wie in 6 gezeigt und wie in 7 gezeigt in die Ausnehmung eingeführt und damit auch auf der ersten Beschichtung 30 in Kontakt gebracht. Dabei wird eine zweite Beschichtung 80 erzeigt, welche in 8 zu erkennen ist. Es ergibt sich das erfindungsgemäße metallische Bauteil 10. In die Ausnehmung 40 kann dann ein Konservierungsstoff 90 eingebracht werden, wie in 9 dargestellt.
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Zwei solche metallischen Bauteile 10 können dann mit einem Verbindungselement, hier in Form einer Schraube 100 und zwei Muttern 110, dauerhaft miteinander verbunden werden, wobei im Gegensatz zur skizzenhaften 10 in Wahrheit die ersten Beschichtungen 30 direkt im Kontakt miteinander sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Metallisches Bauteil
- 20
- Bauteilkörper
- 30
- erste Beschichtung
- 40
- Ausnehmung
- 50
- Beschichtungsstempel
- 60
- Tank
- 70
- Beschichtungsflüssigkeit
- 80
- zweite Beschichtung
- 90
- Konservierungsstoff
- 100
- Schraube
- 110
- Mutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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