DE19531796C1 - Flexibles Bauteil aus Metall mit einer Beschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Bauteil aus Metall, nämlich Metallschlauch als Wellschlauch, ge­ wickelter Wellschlauch und Agraffschlauch gegebenen­ falls mit einer Umflechtung aus Metalldraht bzw. -band, oder Drahtkissen, wobei der Metallschlauch und/oder der Draht bzw. das Band der Umflechtung bzw. des Kissens mit einer verschleiß- und gegebenenfalls korrosionsmin­ dernden Beschichtung versehen ist.

Flexible Metallschläuche werden vor allem dann einge­ setzt, wenn die miteinander zu verbindenden Teile, in der Regel die Enden von Leitungen für ein Fluid, Rela­ tivbewegungen zueinander ausführen. Dabei reiben die mit­ einander gepaarten Lagen von gewickelten Schläuchen aufeinander, was zu Verschleiß und lokalen Oxidations­ erscheinungen führt. Dadurch wird die Flexibilität des Bauteiles beeinträchtigt und seine Lebensdauer herabge­ setzt. Dies gilt erst recht, wenn die genannten Schläu­ che völlig entfettet werden müssen, z. B. als Vorausset­ zung für eine Dichtheitsprüfung.

Die gleiche Problematik tritt bei allen eingangs ge­ nannten Schlaucharten zwischen Schlauch und einer Um­ flechtung beispielsweise in Form eines Geflechtsschlau­ ches auf, wobei die Umflechtung dazu dient, im Schlauch entstehende Axialkräfte aufzunehmen, den Schlauch ra­ dial abzustützen und gegen von außen kommende mechani­ sche Beanspruchungen zu schützen.

Nach der DE 26 30 455 A1 sucht man Abhilfe bisher dadurch zu schaffen, daß man das den Schlauch oder die Umflech­ tung bildende Band- bzw. Drahtmaterial mit einer Be­ schichtung versieht wenigstens an den Stellen, die dem Verschleiß besonders ausgesetzt sind, also beispiels­ weise an den äußeren Wellenbergen des Schlauches, wo eine Umflechtung in Anlage kommt. Das Anbringen einer solchen Beschichtung beispielsweise aus Metall oder Kunststoff auf zum Beispiel galvanischem Wege oder durch Aufspritzen ist jedoch umständlich und teuer. So­ weit die Beschichtung bei dem bandartigen oder draht­ förmigen Vormaterial erfolgt, tritt dieser Umstand be­ sonders zutage, wobei dann außerdem die anschließende Herstellung der Schläuche bzw. Geflechte erschwert wird.

Weitere bekannte Abhilfemaßnahmen sind ein nach DE-OS 23 32 600 zwischen Schlauch und Umflechtung eingebrachtes Opfergeflecht aus weichem Material, z. B. Kupfer, oder Zwischenlagen aus gleitfähigem Material, z. B. PTFE, oder nach DE 25 29 508 A1 zusätzliche, die äußeren Wellen des Schlauches bedeckende schalenförmige Ringe. Auch diese Zusatzmaßnahmen sind in der Anwendung umständlich und teuer.

Die vorstehende Problemdarstellung gilt gleichermaßen für Drahtkissen, wie sie aus Drahtvliesen, -gewirken, -gestricken, -geflechten oder dergleichen gepreßt werden und als Dichtkissen, zur Abstützung und zur Schwingungsdämpfung dienen. Im Betrieb findet zwischen aneinander liegenden Drahtabschnitten der Kissen eine Reibungsbewegung statt, die zu Verschleiß und damit zur Herabsetzung der Gebrauchseigenschaften des Kissens führen. Man versucht dem zu begegnen, indem in das Kissen Graphit eingelagert wird. Dieses Graphit ver­ liert sich jedoch im Laufe des Betriebs, womit die Standzeit eines solchen Kissens eine deutliche Grenze hat. Auch hier wäre wiederum eine alternativ denkbare Drahtbeschichtung beispielsweise mit Kunststoff äußerst kostspielig, da diese vor der Verarbeitung des Drahtes vorgenommen werden müßte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, flexible Bauteile der eingangs genannten Art auf kostengünstige und wirk­ same Weise hinsichtlich Lebensdauer und tribologischer Eigenschaften deutlich zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des den Metallschlauch bildenden Materials, der Umflechtung bzw. des Drahtkissens durch Behandlung im Plasma einer Gleichstromglimmentladung bei Hochvakuum und niedriger Temperatur mit einer Randschicht enthaltend wenigstens ein Metalloxid oder Metallcarbid versehen ist.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme hat die überraschende Wirkung, daß die flexiblen Bauteile nach ihrer Fertig­ stellung mit einer verschleiß- bzw. korrosionsmindern­ den Randschicht aus einem Metalloxid oder Metallcarbid versehen werden können. Dabei fährt die Beschichtung durch PVD (physical vapour deposition), also die physi­ kalische Herstellung dünner Schichten durch Aufdampfen und Aufstäuben sowie durch Ionenplattieren zu äußerst dünnen aber festen Randschichten im Bereich weniger Nanometer, die sich folglich auch in engsten Zwischen­ räumen also über die gesamte Oberfläche der flexiblen Bauteile ausbildet.

Da die Ausbildung der Randschicht bei einer Temperatur unter 100°C stattfinden kann, ergibt sich keine Vor­ schädigung der flexiblen Bauteile durch zu große Erwär­ mung. Wegen der geringen Dicke der Randschicht ist auch eine Beeinträchtigung der Bewegungseigenschaften der flexiblen Bauteile unmöglich, so daß diese denen von Bauteilen ohne jeden zusätzlichen Abriebschutz entspre­ chen. Da die Ausbildung der Randschicht unter Hochvaku­ um stattfindet, ergibt sich gleichzeitig auch eine Rei­ nigung, insbesondere Entfettung der flexiblen Bauteile, so daß es dazu keiner späteren gesonderten Maßnahmen bedarf.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß ausgebil­ deten Randzonen eine äußerst hohe Temperaturbeständig­ keit aufweisen, womit entsprechend auch die zulässige Temperatur beim Einsatz der flexiblen Bauteile im Ver­ gleich zu solchen mit Kunststoffbeschichtungen oder Zwischenlagen aus PTFE hoch angesetzt werden kann.

Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Maß­ nahme, die bei Metallschläuchen, insbesondere Well­ schläuchen mit Umflechtung auch nur für den Metall­ schlauch oder die Umflechtung vorgesehen sein kann, ein äußerst kostengünstig herzustellender und effektiver Schutz von flexiblen Bauteilen gegen Reibungsverschleiß und Korrosion, denn die Bauteile können in fertiger Form chargenweise, also gleichzeitig in großer Stück­ zahl behandelt werden. Dabei kann durch geeignete Wahl des Materials für die Randschicht speziellen an diese zu stellenden Anforderungen Rechnung getragen werden.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Rand­ schicht zusätzlich einen Kunststoff enthält, wobei sich die Verwendung von Polytetrafluoräthylen als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Dadurch ist es möglich, der Randschicht eine höhere Flexibilität verbunden mit ver­ besserten Gleiteigenschaften und damit eine größere Standfestigkeit zu verleihen.

Für eine Randschicht mit einem Metalloxid hat sich die Verwendung von Siliziumdioxid (SiO₂) oder Zirkoniumdi­ oxid (ZrO₂) als vorteilhaft erwiesen. Für eine Rand­ schicht mit Metallcarbid eignen sich besonders Silizi­ umcarbidoxid in Form von Si₂CO₂, Zirkoniumcarbidoxid in Form von Zr₂CO₂ oder Titancarbid in Form von TiC.

Für die Anbringung der Randschicht hat es sich beson­ ders zweckmäßig erwiesen, daß die Behandlung der flexi­ blen Bauteile im Plasma einer gepulsten Gleichstrom­ glimmentladung durchgeführt ist.

Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, daß die Randschicht einen Schichtaufbau alternierender Schichten unterschiedlicher Schichtmaterialien auf­ weist. Hier ist also die Randschicht aus unterschiedli­ chen Materialien mehrlagig aufgebaut, wodurch sich ebenfalls in einfacher und billiger Weise die jeweili­ gen besonderen Gebrauchseigenschaften bestimmter Schichtmaterialien miteinander kombinieren lassen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsformen, die auf der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Rohrleitungszwischenstück mit einem um­ flochtenen Metallwellschlauch;

Fig. 2 den Ausschnitt II in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 ein Rohrleitungszwischenstück mit einem Agraffschlauch und

Fig. 4 den Ausschnitt IV aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein flexibles Rohrleitungszwischenstück, wie es beispielsweise in Kompressoren zur Schwingungs­ kopplung eingesetzt wird.

Das Zwischenstück weist zwei Leitungsstutzen 1, 2 auf, zwischen deren aufeinander zu gerichteten Enden ein Metallwellschlauch 3 gasdicht eingeschweißt ist. Der Metallwellschlauch 3 kann ein- oder mehrlagig als naht­ loses oder längsnahtgeschweißtes Bauteil vorliegen. Er kann jedoch auch in bekannter Weise aus einem ein- oder mehrlagigen Band durch schraubengangförmiges Wickeln hergestellt sein.

Der Metallwellschlauch 3 ist außen von einem Geflechts­ schlauch 4 umgeben, dessen Enden in Ringen 5, 6 gefaßt und zusammen mit diesen Ringen bei 7, 8 mit den Rohr­ stutzen 1, 2 und gegebenenfalls den Enden des Metall­ wellschlauches 3 verschweißt sind. Der Geflechts­ schlauch 4 begrenzt eine axiale Längenausdehnung des Metallwellschlauches 3, soweit dieser eine solche unter Innendruckbelastung oder aufgrund äußerer Einflüsse auszuführen sucht.

Das in Fig. 1 dargestellte Bauteil ist im Vakuumofen durch Anwendung des PVD-Verfahrens bei niedriger Tempe­ ratur mit einer verschleißmindernden und gegebenenfalls reibungsmindernden Randschicht versehen, die einen Ab­ rieb insbesondere bei der Paarung Metallwellschlauch 3/ an ihm anliegender Geflechtsschlauch 4 verhindert. Diese Randschicht 9 ist aus der Ausschnittsvergrößerung gemäß Fig. 2 ersichtlich und befindet sich in nicht näher dargestellter Weise auch auf dem Drahtmaterial des nur schematisch veranschaulichten Geflechtsschlau­ ches 4 sowie der Innenwand des Metallwellschlauches 3.

Die Randschicht enthält ein Metalloxid oder Metall­ carbid, wodurch sie eine hohe Härte und Verschleiß­ festigkeit aufweist, so daß das dargestellte Bauteil trotz der zwischen Metallwellschlauch 3 und Geflechts­ schlauch 4 durch Bewegungsbeanspruchung auftretenden Reibung eine äußerst hohe, praktisch durch die genannte Reibung nicht mehr beeinträchtigte Lebensdauer auf­ weist. Daß das dargestellte Bauteil auch an keiner Rei­ bung ausgesetzten Stellen mit einer Randschicht der ge­ nannten Art versehen ist, schlägt kostenmäßig und her­ stellungstechnisch nicht ins Gewicht und kann im übri­ gen dem allseitigen Korrosionsschutz des Bauteiles dienen.

Fig. 3 zeigt ein anderes Rohrleitungszwischenstück, wie es beispielsweise in der Abgasleitung eines Kraft­ fahrzeuges zur Aufnahme von Rohrleitungsbewegungen und Schwingungsdämpfung Verwendung findet und bei dem zwei Rohrstutzen 10, 11 durch einen aus einem Metallband ge­ wickelten Agraffschlauch 12 miteinander verbunden sind. Die Enden des Agraffschlauches 12 sitzen auf den Rohr­ leitungsstutzen 10, 11 und sind außen durch Ringe 13, 14 gefaßt, mit denen zusammen sie bei 15, 16 mit den Rohrleitungsstutzen 10, 11 verschweißt sind.

Auch dieses Bauteil im PVD-Verfahren bei niedriger Tem­ peratur mit einer Randschicht 17 versehen, die aus der Ausschnittsvergrößerung IV gemäß Fig. 4 ersichtlich ist. Fig. 4 zeigt die S-förmige Profilierung des den Agraffschlauch 12 bildenden Bandes, dessen schrauben­ gangförmig umlaufende, benachbarte Bandkanten miteinan­ der verhakt sind. In diesem Verhakungsbereich berühren sich die Bandoberflächen gegenseitig, wobei es zu ge­ genseitiger Reibung kommt, wenn der Agraffschlauch Be­ wegungen und Schwingungen der Rohrleitung aufnimmt, in die das Bauteil gemäß Fig. 3 eingesetzt ist. Diese ge­ genseitige Reibungsbewegung führt nun aber dank der harten und verschleißmindernden Randschicht 17 nicht mehr zu einem ins Gewicht fallenden Abrieb, so daß der Agraffschlauch 12 und damit das in Fig. 3 dargestellte Bauteil eine äußerst hohe Lebensdauer aufweist. Außer­ dem bleibt die Flexibilität des Agraffschlauches 12 auch nach langem Betrieb unvermindert erhalten. Ebenso wie seine durch die Herstellung vorgegebene Dichtheit, da das Fehlen eines nennenswerten Verschleißes durch Abrieb die Festigkeit der aus Fig. 4 ersichtlichen Verhakung benachbarter Bandkanten bestehen läßt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Rand­ schicht 9 bzw. 17 neben dem Metalloxid oder Metall­ carbid zusätzlich noch einen Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen enthält, um der Randschicht eine gewisse Flexibilität und verbesserte Gleiteigenschaften zu verleihen.

In den Fig. 2 und 4 ist die jeweilige Randschicht einlagig dargestellt. Genausogut kann es jedoch vor­ teilhaft sein, die Randschicht aus unterschiedlichen Materialien mehrlagig auszubilden, um ihre Gebrauchs­ eigenschaften weiter zu verbessern.

Claims (7)

1. Flexibles Bauteil aus Metall, nämlich Metallschlauch als Wellschlauch, gewickelter Wellschlauch und Agraff­ schlauch gegebenenfalls mit einer Umflechtung aus Metalldraht bzw. -band, oder Drahtkissen, wobei der Metallschlauch und/oder der Draht bzw. das Band der Um­ flechtung bzw. des Kissens mit einer verschleiß- und gegebenenfalls korrosionsmindernden Beschichtung ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des den Metallschlauch (3, 12) bil­ denden Materials, der Umflechtung (4) bzw. des Draht­ kissens durch Behandlung im Plasma einer Gleichstrom­ glimmentladung bei Hochvakuum und niedriger Temperatur mit einer Randschicht (9, 17) enthaltend wenigstens ein Metalloxid oder Metallcarbid versehen ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randschicht (9, 17) zusätzlich einen Kunststoff enthält.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polytetrafluoräthylen ist.

4. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Siliziumdioxid (SiO₉) oder Zirkoni­ umdioxid (ZrO₂) ist.

5. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallcarbid Siliziumcarbidoxid in Form von Si₂CO₂, Zirkoniumcarbidoxid in Form von Zr₂CO₂ oder Titancarbid in Form von TiC ist.

6. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung im Plasma einer gepulsten Gleich­ stromglimmentladung durchgeführt ist.

7. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Randschicht einen Schichtaufbau alternierender Schichten unterschiedlicher Schichtmaterialien auf­ weist.