DE3147949A1

DE3147949A1 - Maschinenelement mit schutzschicht und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3147949A1
Application number: DE19813147949
Authority: DE
Inventors: Glen Edward Moseley Birmingham Garfield; George Bertram Abergavenny Gwent Powell
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1982-07-01
Also published as: BR8107846A; GB2090771B; EP0053521B1; EP0053521A3; GB2090771A; ES507700A0; DE3170343D1; EP0053521A2; ES8300873A1

Description

Beschreibung

Maschinenelement mit Schutzschicht und Verfahren zu dessen Herstellung

Es ist bekannt, beanspruchte Flächen von metallischen Maschinenelementen mit einer Schutzschicht in Form einer Chrom-Plattierung zu überziehen. Dazu benötigt man giftige Chemikalien und ein solches Verfahren ist aufwendig, da die Schutzschicht nach dem Plattieren poliert werden muß und die Schichtdicke sowie die Qualität oder Fehlerfreiheit der Schicht zu untersuchen ist. Auch ist es aufwendig, die Bildung von harten spröden nadelartigen Ausscheidungen von Chrom bei der Aufbringung einer entsprechend glatten Schutzschicht zu vermeiden. Der Versuch, derartige Nadeln abzubürsten, kann zu einem Verkratzen der Schicht führen, ohne daß die Nadeln entfernt ganz werden; später brechen sie ab und werden in dem zugeordneten Führungselement eingebettet, in welchem das mit dem Schützüberzug versehene Maschinenelement geführt gleitet . Ein Rosten unterhalb der Plattierungsschicht kann darüberhinaus auch nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden. Zum Rosten kommt es, wenn die Oberfläche der Schutzschicht verkratzt worden ist, beispielsweise bei der Nachbearbeitung nach dem Plattieren.

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Es ist bekannt, Anstriche auf Metallflächen aufzubringen, wie auf Stahl,z. B. durch Aufspritzen oder durch Tauchen,um auf diese Weise das Maschinenelement mit einer Schutzschicht zu überziehen. Es ist aber auch bekannt, daß die Vorbereitung der Mejballflache wesentlich ist, wenn der Anstrich auf dem Stahl mit der erforderlichen Sicherheit haften soll. Für Maschinenelemente,die dort angewandt werden sollen, wo sie gleitend durch Führungen bewegbar sind, wo hohe Lagerkräfte aufzunehmen sind, beispielsweise im Falle einer Kolbenstange ι die gleitend geführt wird durch eine Lagerbüchse an einem Zylinderende, wo verbesserte Haftung gefordert wird. Solche Vorbereitungen der Fläche reichen bekanntlich nicht aus für ausreichende Haftung an der Fläche des Maschinenelements solcher Art,sodaß sich Anstriche als Schutzschichten nicht allgemein anwenden lassen.

Nach der Erfindung weist ein Maschinenelement aus Stahl auf seiner Oberfläche eine Schutzschicht auf, welche hergestellt worden ist durch Carbonitrie rung - also gleichzeitiges Aufsticken und Auf kohlen. - in ausreichendem Maße, sodaß sich in dem Stahl eine £ schicht oberflächlich ausbildet, auf welche die eigentliche Schutzschicht aus entsprechenden Material aufgetragen ist. Dies geschieht üblicherweise durch Aufspritzen, Aufstäuben oder Tauchen.

Hierfür -geeignete Materialien sind in der folgenden Tabelle beispielhaft erwähnt.

Eine £ -Schicht oder -Zone ist außerordentlich hart und da sie auch porös ist^bietet die

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Posität der Schicht eine Möglichkeit zur Verankerung des Überzugsmaterials.welche den höchsten Anforderungen zu entsprechen vermag. Diese Porosität wirkt sozusagen als Verankerung für die eigentliche Schutzschicht und verleiht dieser somit Widerstandsfähigkeit gegen das Abschälen oder eine · andere Beschädigung. Nach der Bildung der £-Schicht wird das Maschinenelement aus Stahl an der Luft abgeschreckt und dann die eigentliche Schutzschicht aufgebracht. Die Bildung der £-Schicht kann auf eine beliebige bekannte Weise erfolgen.

Bei den erfindungsgemäßen mit erstklassig haftender Schutzschicht versehenen Maschinenelementen handelt es sich in erster Linie um Kolbenstangen; wie sie in hydraulischen Dämpfungsaggregaten oder Stoßaufnehmern solcher Art vorliegen, bei der ein Kolben in einer Zylinderbohrung arbeitend durch eine Kolbenstange geführt wird und die Kolbenstange ihrerseits gleitbar geführt wird durch ein Lager insbesondeis ein abgedichtetes Lager oder eine andere dichte Führung unter Ausbildung eines Verschlusses oder eines Teils eines Verschlusses für ein Zylinderende. Die Kolbenstange kann durch eine Abdichtung aus elastomerem Material geführt sein und zumindest der aus dem Zylinder herausreichende freie Teil der Stange ist nach der Erfindung mit der Schutzschicht versehen.

Die Herstellung der erfindungsgemäß geschützten Maschinenelemente ist billig und einfach vorzunehmen. Die eigentliche Schutzschicht - außer Korrosionsschutz der Stange - dient auch zur Verringerung der Reibung.

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Erfindungsgemäß ausgestattete Bauteile sind insbesondere anwendbar dort, wo eine hin-und hergehende Bewegung stattfindet, beispielsweise bei Zylindern in welchen Kolben arbeiten.oder bei den Kolben selbst. In beiliegender Zeichnung ist ein Längsschnitt durch einen hydraulischen hängenden Stoßdämpfer für ein Fahrzeug gezeigt, dessen Kolbenstange nach der Erfindung mit einer Schutzschicht versehen ist.

Das Federbein, wie es in der Zeichnung dargestellt ist dient zur Verbindung von gefederten und ungefederten Teilen eines Fahrzeuges^ z. B. zwischen Chassis ader Rahmen und der ein Rad tragenden Achse. Das Federbein weist einen Zylinder 1 auf, dessen unteres Ende mit einer Halterung 2 ausgestattet ist, mit deren Hilfe der Zylinder mit einer Wagenachse verbunden ist. Der Zylinder 1 ist an diesem Ende auch durch den Abschluß 3 verschlossen. Ein Kolben 4 arbeitet in der Bohrung 5 des Zylinders 1 und wird über seine Kolbenstange 6 aus Stahl gehalten. Die Kolbenstange ist bewegbar geführt in einem Lager 7, ausgebildet als Abschluß für das andere - obere - Ende des Zylinders 1.

Das Lager 7 umfaßt einen sich axial erstreckenden Rohrstutzen 8 um die Kolbenstange 6 und eine Dichtung 9 aus elastomerem Material gehalten von den Rohrstutzen in unmittelbarer Nähe zu dessen inneren Endabdichtungen gegen die Kolbenstange 6. Im Abstand angeordnete Hilfs-Dichtungen 10 und 11 ebenfalls aus elastomerem Material sind in dem Lager 7 in unmittelbarer Nähe dessen oberen äußeren Endes vorgesehen mit; deren Hilfe ebenfalls die Kolbenstange 6 abgedichtet wird.

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Der Zylinder 1 ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit bis auf das Niveau 12 über der Dichtung 9 gefüllt; der Raum 13 oberhalb des Flüssigkeitsspielgels enthält Gas oder Luft unter Druck.um als weitere Federung zu wirken oder diese zu verbessern und um die hydraulische Flüssigkeit aufzunehmen,die durch die eintauchende Kolbenstange 6 bzw. wenn sie wieder zurückgezogen wird aus den Zylinder \ verdrängt wird.

Das obere Ende der Kolbenstange ist mit einer Anschlußmöglichkeit z. B. Mit Büchsen versehenen össn, für die Verbindung mit dem Chassis oder Rahmen des Fahrzeugs ausgestattet. Kolben 4 weist entgegengesetzt wirkende Einweg-Ventile oder Drosselöffnungen - nicht gezeigt - auf, über welche hydraulische Flüssigkeit durch den Kolben 4 in beiden Richtungen verdrängt werden kann, um Schwingungen zwischen gefederten und ungefederten Teilen zu dämpfen.

Zumindest der Teil der Außenfläche an der Kolbenstange 6, die über das Lager 7 hinausreicht, wenn das Federbein völlig gestreckt ist, ist mit einer Schutzschicht versehene Die Schutzschicht ist hergestellt worden durch Carbonisierung der Kolbenstange 6 bis zur Ausbildung einer oberflächlichen £ Zone, Abschreckenin Luft und Auftragen der eigentlichen Schutz- und Gleitschicht auf die £- Zone durch Aufsprühen, Aufstäuben oder Tauchen.

Für die eigentliche Schutzschicht sind in der folgenden Tabelle 1 brauchbare vfärmehärtende oder lufttrocknende natürliche oder künstliche

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Harze aufgezählt. Man kann diese als solche oder Gemische davon bzw. Lösungen in organischen Lösungsmitteln als Beschichtungsmasse auftragen.

	Harz-Bindemittel	Acrylatharze	8. Polyvinylchloride
TABELLE 3	1.	Alkydharze	9. Polyamide
2.	polymere Maleinsäure-	10. Polyimide
3.	ester	11. Polyurethane
	Epoxidharze	12. Silicone
4.	Melamin/fcbrmald&yd-Harze	t5. Polyvinylether
5.	Phenolharze	14. Harnstofform-
6.	Polyvinylbutyral-	aldehyd-Harze
7.	harze

Der Korrosionsschutz kann durch entsprechende Zusätze zu obigen Harzen bzw. Harzlösungen verbessert werdenjwobei als Korrosionsinhibitoren Zinkphosphat und/οder Zinkchromat in Frage kommt.

Die Reibungseigenschaften der gehärteten bzw. verfestigten Überzüge läßt sich durch Anwendung von sogenannten "Filmreibungsmodifikatoren¹¹ > wie sie in der Tabelle 2 beispielhaft aufgeführt sind, modifizieren.

TABELLE 2 30 Filmfriktions-Modifikatoren

1. Silicone

2. Wachse

3. Polytetraflouräthylen

4. Molybdändisulfid

5. Graphit

6. Zinkstearat

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Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform nach der Erfindung wird die eigentliche Schutzschicht dadurch hergestellt, daß ein Harzsystem aus Polyacrylat, Polyepoxid und einem Aminharz enthaltend Zinkchromat oder Zinkstearat oder Wachs aufgebracht und gehärtet wird. Zur Herabsetzung des Reibungsbeiwertes kann zweckmäßigerweise noch Silicon aufgespritzt werden.

Es zeigte sich in der Praxis, daß die eigentliche Schutzschicht in die £-Zone des Maschinenelements nicht eingesaugt wird. Hingegen wird in dem oben beschriebenen Fall einer Kolbenstange die eigentliche Schutzschicht in die £ -Schicht eingedrückt durch die Wirkung der Kolbenstangej die während des Betriebs gegen das Lager gedrückt wird. Es wird daher bevorzugt/die eigentliche Schutzschicht in die £ -Schicht auf die Kolbenstange während der Behandlung "aufzuwalzen".

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Claims

Ansprüche

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11 Maschinenelement aus Stahl,auf dessen ^Oberfläche sich eine Schutzschicht befindet, dadurch gekennze ichnet, daß das Maschinenelement auf den Bereichen,auf die die Schutzschicht aufgetragen ist, eine poröse durch Carbonitrierung gebildete £-Schicht aufweist.

2. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht Kunststoffe oder Harze auf der Basis von Polyacrylaten, Alkydharzen, Maleinsäureestern, Epoxiden, Malamin/Formaldehyd-Harzen, Harnstoff/Formaldehyd-Harzen, Phenolharzen, Polyvinylbutyralen, Polyvinylchloriden, Polyamiden, Polyimiden, Polyurethanen, PoIyvinyläthern oder Siliconen aufweist.

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3. Maschinenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß die Schutzschicht als Korrosionsinhibitor Zinkphosphat und/oder Zinkchromat enthält.

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4. Maschinenelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht einen Zusatz zur Modifizierung der Filmreibung,insbesondere ein Silicon, Wachse, Polytetraflouräthylen, Molybdändisulfid ., Graphit und/oder Zinkstearat enthält.

5. Maschinenelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem gehärteten System von Polyacrylat, Epoxidharz und Aminoharz enthaltend Zinkchromat, Zinkstearat oder V7achs besteht.

6. Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennze ichnet, daß sich auf der Schutzschicht eine aufgesprühte Schicht aus Silicon zur Herabsetzung der Reibung befindet.

7. Verfahren zur Herstellung der Bauelemente nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Maschinenelement an den gewünschten Stellen einer Carbonitrierung bis zur Ausbildung einer oberflächlichen £ Zone unterwirft und dann auf diese Fläche eine Schutzschicht aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennze ichnet, daß man

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nach Ausbildung der £-Schicht das Maschinenelement an der Luft abschreckt und dann die Schutzschicht aufträgt.

9. Anwendung des Maschinenelements nach Anspruch 1 bis 6 als Kolbenstange von einer hydraulischen Dämpfungsaufhängung oder einem hydraulischen Stoßdämpfer für ein Fahrzeug.