DE202007006370U1

DE202007006370U1 - Oberflächenbeschichtete Maschinenelemente

Info

Publication number: DE202007006370U1
Application number: DE200720006370
Authority: DE
Original assignee: Buemach Engineering International BV
Current assignee: Buemach Engineering International BV
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-05-05
Also published as: EP1988295B1; EP1988295A2; EP1988295A3

Abstract

Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente mit einer Oberfläche aus einer Hartstoffschicht dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2) eine Glasur aus einem Material amorpher Struktur mit glasartiger Oberfläche (3) ist.

Description

Die Erfindung betrifft Maschinenelemente und Bauteile als Gleitelemente, die mit einer verschleißarmen und korrosionsfesten Oberflächenbeschichtung ausgerüstet sind.
Verschleißarme und korrosionsfeste Oberflächen sind unter anderem für Maschinenelemente und Bauteile erforderlich, bei denen ein Erstes gegenüber einem Zweiten linear oder rotierend, aufeinander gleitend bewegt wird.
Üblicherweise werden derartige Bauteile mit metallischen Schichten aus Hartchrom, Nickel oder Bronze beschichtet. Bekannt sind auch Beschichtungen mit keramischen Materialien, Sintermaterialien, Titannitrid, Titancarbid oder Kunststoffen.
Beispielsweise wird in der Druckschrift DE 299 13 762 U1 ein hydraulisch beaufschlagbarer Arbeitszylinder beschrieben, dessen Zylinderinnenfläche und Kolbenstangenoberfläche allseitig mit Kunststoff im Wirbelsinterverfahren oder Pulversprühverfahren beschichtet sind. Als Kunststoff kommt Polytetrafluorethylen als ein dreidimensional vernetzbarer, temperaturbeständiger Thermoplast in Pulverform unter Beimischung weiterer Komponenten zum Einsatz.
Die Beschichtung von Oberflächen der gleitenden Teile eines Trennschiebers, die zusammenwirkenden Kontaktflächen im Schiebergehäuse und am Dichtkörper, sind nach der Druckschrift DE 202 09 420 U1 mit einem Hartstoff aus einem Karbid oder Oxid versehen. Die Hartstoffschicht ist härter als das material des Schiebers und weist eine Rauheit von weniger als 10 Mikrometer auf.
Andere Ausführungen von Hartstoffschichten sind in den Druckschriften DE 201 06 763 U1 und DE 31 47 949 A1 beschrieben. Während bei einem Bergbauzylinder die Kolbenstange und die in nere Zylinderoberfläche durch eine Salzbad-Nitrocarburierung die Oberflächen gehärtet und gut gegen Korrosion geschützt sind, weist die Oberfläche eines Maschinenelementes aus Stahl, insbesondere einer Kolbenstange, eine Schutzschicht aus Kunststoffen oder Kunstharzen auf, die auf einer durch Carbonitrierung gebildeten porösen ε – Schicht aufgetragen sind.
Aus der Druckschrift DE 39 10 725 C1 ist die zusätzliche Beschichtung von Bauteilen aus Stahl, insbesondere Kolbenstangen hydraulischer Zylinder, die eine Beschichtung mit Nickel oder Chrom aufweisen, bekannt. Auf die Schicht aus Nickel oder Chrom als metallische Haftschicht auf dem Stahl ist eine keramische Schicht, im wesentlichen bestehend aus Aluminiumoxid und Titandioxid in einer Schichtdicke von 100 – 300 Mikrometer aufgebracht.
Alle diese bekannten Schichten auf Oberflächen von Maschinenelementen sind entweder in Bezug auf den Verschleiß oder der Korrosion im Dauerbetrieb nicht ausreichend fest oder beständig sowie ist deren Herstellung mit erheblichem Aufwand verbunden.
Die oxidischen oder auch nichtoxidischen keramischen Schichten, die vorwiegend durch Plasmaspritzen aufgebracht sind, können zwar in ihren Eigenschaften durch Dotierungen spezifischen Anwendungsfällen angepasst werden, erfordern jedoch stets eine aufwändige Endmaßbearbeitung mittels Schleifen. Keramische Schichten auf Gleitkörpern oder Kolbenstangen haben meist eine ausreichende Härte, sind jedoch wegen der unvermeidlich vorhandenen Porosität gegenüber korrosiven Angriffen relativ empfindlich, wobei aggressive Stoffe bis auf die Metalloberfläche vordringen und ein Absprengen der Schicht bewirken können.
Zusätzliche Versiegelungen von porösen Schichten zeitigen auch keinen dauerhaften Korrosionsschutz.
Schichten aus Hartchrom bieten einen guten Verschleißschutz, sind aber wegen der Mikrorissigkeit gegen chemische Einflüsse ebenfalls nicht besonders beständig.
Oberflächenbeschichtungen aus Titannitrid, Titancarbid oder Ähnlichem, die mittels PVD-(Physical Vapour Deposition) oder CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren aufgebracht sind, sind sehr hart, jedoch wegen der geringen Schichtdicke mechanisch empfindlich. Die Rauhigkeit der so aufgebrachten Schichten entspricht der des Substrats. Dem entsprechend sind die Oberflächen, wie von Kolbenstangen oder anderen Gleitkörpern mechanisch bis zur erforderlichen Qualität zu bearbeiten sowie technologisch vorzubereiten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente mit einer Oberfläche aus einer Hartstoffschicht auszurüsten, die korrosionsbeständig, abriebfest ist, gute Gleiteigenschaften aufweist und günstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt zu Grunde, dass eine Hartstoffschicht als Oberfläche für Maschinenelemente und Bauteile als Gleitelemente aus Metall in Form einer Glasur aus einem Material amorpher Struktur besteht. Als amorph erhärtende Glasur wird ein Email eingesetzt.
Die glasartige Oberfläche des Email weist beim Einsatz der Gleitelemente einen extrem geringen Verschleiß und eine hohe Schlagfestigkeit auf.
Durch die riss- und porenfreie Oberfläche des Email ist das Substrat in Form des Metalls der Maschinenelemente und Bauteile gegen korrosive Einflüsse geschützt. Während des Emaillier vorgangs, beim Aufschmelzen, entsteht eine feste, fast unlösbare Verbindung der glasartig, amorph erstarrenden Masse.
Die Eigenschaftswerte der Hartstoffschicht aus Email als Gleitschicht lassen sich insbesondere in Bezug auf deren Härte, Zähigkeit und Farbe in bekannter Weise mittels Dotierungen, in Form von Beimischungen zur Emailfritte, beeinflussen. Die Dicke des insbesondere in einer Schicht als Hartstoffschicht auf dem Gleitkörper aufgebrachten Emails liegt vorzugsweise in einem Bereich von 80 – 500 Mikrometer.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den guten Gleiteigenschaften der Hartstoffschicht aus Email bei gleichzeitig geringem Verschleiß und hohem Korrosionsschutz.
Bei sich relativ zueinander bewegenden Gleitelementen, deren Oberflächen aufeinander gleiten, ist nur die Oberfläche eines der Gleitelemente mit der Hartstoffschicht ausgerüstet und zwischen beiden Oberflächen befindet sich in üblicher Weise ein Schmierfilm.
Die Hartstoffschicht bedarf nach dem Aufschmelzen bzw. dem Einbrand im Emaillierprozess keiner Nachbearbeitung.
Verschlissene oder beschädigte Hartstoffschichten lassen sich beispielsweise mittels Strahlverfahren entfernen.
Die Gleitkörper sind auf diese Weise mit Hilfe einer erneut aufzubringenden Schicht aus Email regenerierbar.
Das Aufbringen der Hartstoffschicht aus Email ist technologisch gut beherrschbar und erfordert keinen erheblichen technologischen Aufwand oder umweltproblematische Verfahren.
Die Farbe der Hartstoffschicht kann ohne negative Beeinflussung der erforderlichen Qualität der Oberfläche des Gleitkör pers für den jeweiligen Einsatzzweck, auch für Designzwecke, gewählt werden.
In einer Ausführungsvariante weist die Hartstoffschicht unterschiedlicher Einfärbung auf. Die Einfärbung erfolgt günstigerweise mit Signalfarben im Kontrast zu einer Grundfarbe, wobei diese abschnittsweise, wie punkt- oder ringförmig, als Signalmarken ausgebildet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, die ausgefahrene Länge der Kolbenstange eines Arbeitszylinders oder die Position eines anderen Gleitelements an Hand der Signalmarken mittels eines optischen Sensors oder visuell zu erfassen.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
1 als Ausriss eines Schnitts durch eine rohrförmige Kolbenstange eines Arbeitszylinders näher erläutert.
Nach 1 ist auf einem Außenmantel einer rohrförmigen metallischen Kolbenstange 1 eines Arbeitszylinders eine Hartstoffschicht 2 aus Email mit einer glasartigen Oberfläche 3 aufgebracht. Zwischen dem Außenmantel der Kolbenstange 1 und der Hartstoffschicht 2 bildet sich während des Emailliervorgangs, dem Aufschmelzen bzw. Einbrand, durch chemische Reaktionen eine Haftschicht 4 aus, die eine feste, fast unlösbare Verbindung der glasartig, amorph erstarrenden Masse mit dem Außenmantel der Kolbenstange 1 bewirkt.
Die Hartstoffschicht 2 weist eine Härte von mindestens 700 HV (Vickers Härte) auf, wodurch die erforderliche Verschleißfestigkeit sowie die Stoß- und Schlagfestigkeit gegeben ist.
Die Schichtdicke der Hartstoffschicht 2 liegt vorzugsweise im Bereich von 100 Mikrometern.
Es sind jedoch Schichtdicken von 80 bis 500 Mikrometern möglich und in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzzweck realisierbar.
Bei Herstellung mit bekannten Emaillierverfahren wird über die Länge der Kolbenstange eine Dickenabweichung von etwa 10 Mikrometern bei einer Rundheitsabweichung von maximal 0,6 Prozent des Nenndurchmessers der Kolbenstange 1 gewährleistet. Eine mit der Hartstoffschicht 2 aus Email beschichtete Kolbenstange ist bei Bedarf regenerierbar, indem die Hartstoffschicht 2 vorzugsweise mittels Sandstrahlen entfernt wird und anschließend erneut aufgebracht wird.
Auf diese Weise lassen sich durch die Wahl der Dicke der Hartstoffschicht 2 die Durchmesser der Kolbenstange in einem engen Bereich anpassen.
Die Hartstoffschicht 2 aus Email mit der glasartigen Oberfläche ist bekanntermaßen gegen Wasser und aggressiven chemischen Stoffen beständig, wodurch die hohe Korrosionsbeständigkeit die Lebensdauer von Arbeitszylindern mit Kolbenstangen 1, deren Hartstoffschicht 2 aus Email besteht, in einer Umgebung mit aggressiven Einflüssen wesentlich verlängert.
Verwendete Bezugszeichen

1: Kolbenstange
2: Hartstoffschicht
3: glasartige Oberfläche
4: Haftschicht

Claims

Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente mit einer Oberfläche aus einer Hartstoffschicht dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2) eine Glasur aus einem Material amorpher Struktur mit glasartiger Oberfläche (3) ist.
Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2) aus der amorph erhärteten Glasur ein Email ist.
Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenstange (1) eines Arbeitszylinders eine Hartstoffschicht (2) aus Email aufweist.
Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2) eine dem Einsatzzweck angepasste Farbe aufweist.
Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2) eine dekorative Farbe aufweist.
Maschinenelemente und Bauteile aus Metall als Gleitelemente nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (2), im Kontrast zu einer Grundfarbe Farbareale aufweist, die als Signalmarken zur visuellen oder Auswertung mittels optischer Sensoren dienen.