DE4243754C2 - Verfahren zum magnetischen Speichern digitaler Informationen in komplex beanspruchten Stahlteilen - Google Patents
Verfahren zum magnetischen Speichern digitaler Informationen in komplex beanspruchten StahlteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum magnetischen Speichern
digitaler Information in thermisch und mechanisch beanspruchten
Stahlteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges
Verfahren ist in der DE-A1-39 19 954 beschrieben. Mit Hilfe einer
speziellen Vorrichtung werden Daten auf ferromagnetischen Bauteilen
gespeichert. Mittels einer Ausleseeinrichtung werden diese Daten vom
Bauteil wieder abgelesen. Die Speicherung der Daten geschieht in einer
neutralen Faser, die frei von nennenswerten Zug- und Druckspannungen
ist. Die Informationen werden mit Hilfe starker Elektromagnete
eingeschrieben. Es entstehen remanente Polpaare, welche jeweils einem
Bit entsprechen. Die Bauteile müssen zuvor wie üblich entmagnetisiert
werden.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß durch
Erschütterungen oder Erhitzung die eingeprägten magnetischen Felder im
Bauteil verschwinden. In der Nähe stromdurchflossener Anlagen kann der
Strom den remanenten Magnetfluß der Markierungen beeinträchtigen und
zur vollständigen Entmagnetisierung führen.
Aber auch wenn die Magnetisierung nicht verschwindet, besteht das
Problem, daß beim Auslesen ein relativ großer Luftspalt zwischen
Bauteil und der auslesenden Spule vorhanden ist. Aus diesem Grunde muß
die Aufmagnetisierung relativ stark sein und darf während des Betriebes
nicht zu stark abnehmen.
Aus der Literaturstelle: Handbuch der Sonderstahlkunde von
E. Houdremont, Berlin, Springer-Verlag, 1943, S. 242, ist ein
gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Es wird gezeigt, wie in
Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und Legierungselementen, wie
z. B. Chrom oder Kobalt, die Koerzitivkraft der Stähle
gesteigert werden kann. Diese Beobachtungen fußen auf der
Erfahrung, daß mit der mechanischen auch die magnetische Härte
zunimmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
bei dem die Magnetisierung in Bauteilen während des Betriebes im
wesentlichen erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Man hätte natürlich daran denken können, auf die Bauteile Bleche mit
günstigeren magnetischen Eigenschaften aufzubringen. Dies ist
insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Bauteile in hoher Anzahl
bereits in Betrieb sind. Die Stahlbauteile bestehen in der Regel aus
einem niedrig legierten Kohlenstoffstahl mit der Werkstoffbezeichnung
C55. Bei der Analyse zeigte sich, daß der Kohlenstoffgehalt 0,52-0,63%
beträgt. Der Stahl enthielt 0,2-0,4% Silicium, 0,5-0,9% Mangan,
etwas Phosphor, Schwefel und geringe Mengen von Nickel, Chrom und
Kupfer. Indem das Bauteil nach der Erfindung lediglich induktiv gehärtet
wird, wird die magnetische Aufzeichnung mit relativ geringem Aufwand
praktikabel. Durch die Aufhärtung wird bekanntlich die
Koerzitivfeldstärke des Stahls erhöht. Es zeigte sich, daß die induktive
Härtebehandlung ausreicht, um die magnetischen Eigenschaften des
Bauteils bis über 100°C einsatzfähig zu machen. Selbst nach einer
Erwärmung auf 250°C beträgt die magnetische Flußdichte noch ca. 4·10-3 T
und liegt damit deutlich über der magnetischen Flußdichte des
ungehärteten Stahls nach einer Erwärmung auf nur 95°C.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß dadurch eine einfache
Möglichkeit geschaffen wird, lesbare magnetische Markierungen im Bauteil
selbst bei hoher Temperaturbeanspruchung zu speichern. Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 Magnetisierungsversuche an einem Stahlblock und
Fig. 2 Magnetisierungsversuche am induktiv gehärteten Stahl eines
Bauteils.
Aufgrund der unzureichenden thermischen Stabilität von Magnetmarken in
einem teilweise höheren Temperaturen ausgesetzten Bauteil sollte
untersucht werden, ob die magnetischen Eigenschaften durch eine
Gefügeumwandlung verbessert werden können.
Bei dem Werkstoff handelt es sich um einen niedriglegierten
Kohlenstoffstahl, der in der Zusammensetzung einem C55 entspricht. Die
chemische Zusammensetzung ist Tabelle 1 zu entnehmen. Um die Versuche
möglichst bauteilnah zu gestalten, wurden sie an einem Stahlblock mit
einer Querschnittsfläche von 80 mm×80 mm und einer Länge von 500 mm
durchgeführt. Der Block ist damit von den Querschnittsmaßen
beispielsweise mit dem Radkranz eines Eisenbahnrades vergleichbar. Die
chemische Zusammensetzung des Blocks ist in Tabelle 2 dargestellt und
paßt ebenfalls in das vorgegebene Legierungsband.
Der Stahlblock wurde an allen vier Längsseiten mit unterschiedlicher
Leistung aufgehärtet. Zur Beseitigung von Härtespitzen wurde der Block
zunächst eine Stunde bei 270°C angelassen. Anschließend wurden die
Magnetmarken eingebracht. Nach der Auswertung der magnetischen
Eigenschaften wurde zur Dokumentation der Randschichthärtung ein
Querschliff angefertigt und der Härteverlauf gemessen.
Es wurden Gefügeaufnahmen aus dem angezeigten Querschliff ausgewertet.
Wie sich zeigt, beträgt die Einhärtetiefe ca. 8 mm. Bei höheren
Vergrößerungen sind in der Härtezone zwei unterschiedliche
Gefügebereiche zu unterscheiden. Zone 1 (ca. 4 mm) an der Oberfläche ist
grobkörnig und martensitärmer als Zone 2. Das Grundgefüge (Zone 3) im
Inneren besteht aus Ferrit und Perlit und entspricht dem Ausgangsgefüge
eines normalisierten Baustahls.
Ein Ausschnitt aus einer etwas tieferen Zone zeigt, daß der Stahl
martensitreicher ist und eine hohe Koerzitivkraft besitzt. Ab einer
Tiefe von etwa 10 mm hat keine martensitische Umwandlung stattgefunden,
d. h. es liegt ein Gemenge aus Ferrit und Perlit vor. Die gehärtete Zone
verläuft längs einer neutralen Zone im Bauteil. Die neutrale Zone ist
dadurch definiert, daß dort keine nennenswerten Zug- und Druckspannungen
am belasteten Bauteil auftreten und die Magnetisierung möglichst wenig
gestört ist.
Die Ergebnisse der magnetischen Untersuchungen sind in Fig. 1 zu sehen.
Diese zeigt die Ergebnisse an einem großen Stahlblock. Es wurden zwei
Magnetmarken im Abstand von 20 cm in den Block eingebracht. Durch das
Einbringen der zweiten Marke wird die magnetische Flußdichte der ersten
Marke vermindert. Nach der Erwärmung auf 250°C beträgt die remanente
Flußdichte an beiden Marken rund 4·10-3 T. Der Unterschied zwischen den
beiden Magnetmarken verschwindet fast vollständig.
In der Fig. 2 ist die magnetische Flußdichte der beiden Magnetmarken in
einem normalisierten Stahl aufgezeichnet. Auch hier liegt die zweite
Marke in ihrer Impulshöhe über der ersten Magnetmarke. Das Maximum der
Flußdichte wird mit rund 4·10-3 T bei Marke 2 erreicht. Nach einer Erwärmung
des Bauteils auf ca. 95°C sinkt dieser Wert auf ca. 2·10-3 T ab.
Ein Vergleich der Ergebnisse der Fig. 1 und 2 zeigt die deutliche
Erhöhung der Flußdichte B durch die induktive Randschichthärtung. Die
Werte liegen auch bei erhöhter Temperaturbelastung noch deutlich über
den entsprechenden Werten des unbehandelten Bauteils.
Dabei ist zu beachten, daß die Temperaturbelastung im Bauteil nur ca. 90°C
betragen hat, denn es konnte aufgrund seiner Größe nicht höher
erwärmt werden und daher müssen zum Vergleich die Messungen an den
Flachproben herangezogen werden. Demnach kann man davon ausgehen, daß
die Flußdichte im Bauteil bei dieser Temperaturbeanspruchung deutlich
unter 10-3 T absinkt.
Die wesentliche Ursache für das Verschwinden der Magnetisierung
beispielsweise in einem komplex belasteten Stahlbauteil ist darin zu
sehen, daß zeitweilig eine betriebsbedingte Wärmezufuhr auftritt, die zu
einer erhöhten Temperatur führt, welche die Magnetisierung der
codierten Bereiche schwächt.
Aus diesem Grunde ist es besser, die Flanken dieses scheibenförmigen
Rades zu benutzen und nicht den Radreifen, welcher sich beim Bremsen
stärker erhitzt.
Claims (3)
1. Verfahren zum magnetischen Speichern digitaler Informationen in
mechanisch und thermisch beanspruchten Stahlteilen, wobei die
Information mit einer Magnetisiereinrichtung auf ein in engem
Abstand vorbeigeführtes Bauteil aus Stahl übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche der Stahlteile, die zum Speichern vorgesehen sind,
einer Aufhärtung unterzogen werden, daß die Aufhärtung an der
Oberfläche erfolgt, daß die Härtung durch induktive Aufheizung und
anschließende Abschreckung derart vorgenommen wird, daß eine
Oberflächenschicht von etwa 10 mm Tiefe aufgehärtet wird, und daß
nach dem Härten eine Anlaßbehandlung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Härtung des Bauteils in der Zone geringer mechanischer
Betriebsspannungen durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Härtung im Bereich einer neutralen Faser des belasteten
Bauteils durchgeführt wird, die frei von nennenswerten Zug- und
Druckspannungen ist.
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