DE102013105878A1

DE102013105878A1 - Oberflächenbeschichtete Teleskopschiene

Info

Publication number: DE102013105878A1
Application number: DE201310105878
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Petri; Andreas Heffel
Original assignee: Accuride International GmbH
Current assignee: Accuride International GmbH
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen von Schienenelementen aus Metall oder Metalllegierungen für Teleskopschienen, wobei die Schienenelemente wenigstens eine Laufbahn aufweisen, bei dem man a) die Oberfläche der Schienenelemente, einschließlich der Oberfläche der Laufbahnen, mit einer Oberflächenbeschichtung versieht und anschließend b) die Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche der Laufbahnen durch Erhitzen des Beschichtungsmaterials mittels Laserstrahlen von der Oberfläche der Laufbahnen entfernt, und Schienenelement, hergestellt durch dieses Verfahren.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung von kugel- oder walzengelagerten Teleskopschienen mit oberflächenbeschichteten Schienenelementen.
Hintergrund der Erfindung
Teleskopschienen werden unter anderem in Backöfen zum Halten sowie zum leichten Ein- und Ausfahren von Gargutträgern eingesetzt. Neben den Aspekten der leichtgängigen Verfahrbarkeit, der dabei auftretenden Geräuschentwicklung, der Haptik und der Stabilität, werden insbesondere im Backofenbereich noch Anforderungen an die Lebensmittelechtheit und die Reinigungsfähigkeit der Teleskopschienen gestellt.
a) Gleitverhalten / Schmiermittel
Teleskopschienen bestehen aus zwei oder mehr länglichen Schienenelementen, die in Längsrichtung gegeneinander verschiebbar gelagert sind. Man unterscheidet zwischen kugel- oder walzengelagerten Teleskopschienen einerseits und Gleitschienen andererseits. Kugel- oder walzengelagerte Teleskopschienen bieten in der Regel ein ruhigeres und leichter gängiges Laufverhalten und eine hohe Stabilität. Um ein leichtgängiges und möglichst geräuscharmes Verschieben der Schienenelemente zu gewährleisten, werden die Kugel- oder Walzenlager und die entsprechenden Laufflächen an den Schienenelementen mit Schmiermitteln versehen. Die Schmiermittel werden bei der Herstellung der Teleskopschienen in die Kugel- oder Walzenlager eingebracht und sollen in der Regel die gesamte Lebensdauer der Teleskopschienen überdauern, ohne dass ein Nachschmieren erforderlich ist. Insbesondere bei Teleskopschienen, die in Backöfen eingesetzt werden, müssen die Schmiermittel hohe Anforderungen an die Lebensmittelechtheit und Hitzebeständigkeit erfüllen. Schmiermittel für herkömmliche Backöfen müssen Temperaturen von bis zu 300 °C standhalten und ihre Schmiereigenschaften beibehalten. Bei modernen Backöfen mit Pyrolysereinigung werden die Schienen zur Reinigung des Backofens regelmäßig für Zeiträume von ein bis drei Stunden Temperaturen bis etwa 500 °C ausgesetzt. Nur wenige Schmiermittel halten Temperaturen bis 300 °C stand und erfüllen gleichzeitig die Anforderungen an die Lebensmittelechtheit und gesundheitliche Unbedenklichkeit.
b) Verschmutzung / Verfärbung / Reinigungsfähigkeit
Teleskopschienen für Backöfen werden üblicherweise aus Stahl hergestellt. Ein Nachteil von Teleskopschienen aus Stahl im Backofenbereich ist die Oxidation oder Zunderbildung auf den Oberflächen der Schienenelemente oder auch der Kugeln oder Walzen bei hohen Temperaturen. Dabei treten Verfärbungen der Oberflächen der Stahlschienen auf, die im sichtbaren Bereich der Schienenelemente bereits aus ästhetischen Gründen unerwünscht sind. Diese Probleme treten insbesondere bei Teleskopschienen in Pyrolysebacköfen aufgrund der zu Reinigungszwecken zeitweilig angewendeten sehr hohen Temperaturen bis 500 °C auf.
Darüber hinaus verschmutzen die Oberflächen der aus Stahl hergestellten Schienenelemente im Backofenbereich sehr leicht. Im Betrieb schlagen sich Fette und andere Stoffe aus dem Gargut auf den Schienenelementen nieder und werden im Laufe der Zeit in das Material eingebrannt, so dass sie sich nur sehr mühsam oder gar nicht mehr entfernen lassen. Zudem verkratzen die Oberflächen der Schienenelemente im Backofenbereich sehr leicht, da hier häufig scharfkantige Bereiche von anderen Metallgegenständen, z. B. dem Gargutträger, mit den Schienenelementen in Kontakt kommen.
Es ist bekannt, die Schienenelemente von Teleskopschienen zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Oxidation und Zunderbildung, der Pyrolysebeständigkeit, der Beständigkeit gegen Verschmutzung, der Kratzfestigkeit und der Reinigungsfähigkeit mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen. Beispiele sind Beschichtungen aus Chrom, Emaille, PTFE, Hochtemperaturlacken, Keramik etc.
Viele der bekannten Beschichtungen bieten einen Schutz der Schienenoberflächen vor Oxidation und Zunderbildung bei hohen Temperaturen und erlauben eine gute Reinigung der Oberflächen von Verschmutzungen bzw. verhindern das Einbrennen der Verschmutzungen.
Die DE-A-10 2005 002 315 beschreibt Teleskopschienen für den Lebensmittelbereich und für den Einsatz in Backöfen, bei dem die Schienenelemente aus Stahl oder Edelstahl zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Verschmutzen und zur Verbesserung der Reinigungsfähigkeit mit einer Beschichtung aus Email versehen werden. Die DE-A-10 2004 027 717 und die DE-A-102 11 470 beschreiben Teleskopschienen für Backöfen mit einer Beschichtung aus PTFE.
c) Herstellung beschichteter Schienenelemente
Die zuvor beschriebenen Beschichtungen versehen die Schienenelemente von Teleskopschienen mit vielen vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich Beständigkeit gegen Oxidation und Zunderbildung, Pyrolysebeständigkeit, Beständigkeit gegen Verschmutzung, Kratzfestigkeit und Reinigungsfähigkeit. Im Bereich der Laufbahnen, in denen die Kugeln oder Walzen abgewälzt werden, können die Beschichtungen jedoch die Laufeigenschaften der Teleskopschienen erheblich beeinträchtigen. Zudem sind einige der bekannten Beschichtungen nicht ausreichend beständig gegenüber den starken mechanischen Belastungen, die durch die Kugeln oder Walzen auf die Laufbahnen ausgeübt werden. Insbesondere durch Kugeln werden sehr hohe Punktbelastungen auf die Laufflächen aufgebracht. Die Beschichtungen können sich aufgrund dieser Belastungen im Laufe der Zeit von der Oberfläche der Laufbahnen ablösen und durch die abgelösten Beschichtungsfragmente die Laufeigenschaften der Teleskopschienen zusätzlich verschlechtern.
Um die Laufbahnen von der auf die Schienenelemente aufgebrachten Beschichtung frei zu halten, können diese während des Beschichtungsprozesses abgedeckt werden oder die Beschichtung wird so zielgerichtet aufgebracht, dass sie die Laufbahnen nicht bedeckt. Beide Varianten sind mit erheblichem Aufwand und daher hohen Kosten verbunden, da Beschichtungen üblicherweise am einfachsten auf die gesamte Oberfläche von Schienenelementen aufgebracht werden, beispielsweise durch Eintauchen der Schienenelemente in entsprechende Beschichtungstauchbäder oder ähnliches.
Aufgabe
Es besteht daher ein Bedarf nach einem einfachen und vergleichsweise kostengünstigen Verfahren zur Fertigung von kugel- oder walzengelagerten Teleskopschienen mit oberflächenbeschichteten Schienenelementen, bei denen die Laufbahnen der Schienenelemente im Wesentlichen frei von der Oberflächenbeschichtung sind.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen von Schienenelementen aus Metall oder Metalllegierungen für Teleskopschienen, wobei die Schienenelemente wenigstens eine Laufbahn aufweisen, bei dem man

a) die Oberfläche der Schienenelemente, einschließlich der Oberfläche der Laufbahnen, mit einer Oberflächenbeschichtung versieht und anschließend
b) die Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche der Laufbahnen durch Erhitzen des Beschichtungsmaterials mittels Laserstrahlen von der Oberfläche der Laufbahnen entfernt.

Durch dieses Verfahren wird ein Schienenelement erhalten, das einerseits eine gewünschte Beschichtung aufweist, die dem Schienenelement Schutz vor Oxidation, Zunderbildung, etc. sowie ein ansprechendes Äußeres verleiht und gleichzeitig wenigstens eine Laufbahn aufweist, auf der keine oder nur eine dünne Beschichtung aufgebracht ist und deren Laufeigenschaften dadurch mit denen unbeschichteter Schienenelemente vergleichbar sind. Zudem hat sich gezeigt, dass die so behandelte Laufbahn ein Schienenelement aus einem Metall oder einer Metalllegierung weniger zu Verfärbungen bei Einwirkung von sehr hohen Temperaturen von bis zu 500°C neigt, als vergleichbare Schienenelemente, die nicht beschichtet und nicht mit Laser behandelt wurden.
Bei dem Verfahren wird die Beschichtung durch Erhitzen mittels Laserstrahlen verdampft und/oder abgesprengt. Der Begriff "Laserstrahlen" im Sinne dieser Erfindung umfasst im Wesentlichen die durch eine Quelle erzeugte Laserstrahlung, wobei die Verwendung von mehreren Laserquellen ebenfalls mit umfasst ist. Die Laserstrahlen werden in einer Vorrichtung erzeugt, die üblicherweise auch mit Laserkopf bezeichnet wird.
Unter "Entfernen der Beschichtung" im Sinne dieser Erfindung versteht man, dass die Beschichtung vollständig oder teilweise entfernt wird.
Typische Schienenelemente von Teleskopschienen weisen wenigstens zwei Laufbahnen auf. In einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Beschichtung in Stufe b) gleichzeitig von zwei Laufbahnen eines Schienenelementes. Vorzugsweise werden dazu zwei separate Laserquellen eingesetzt, die jedoch über eine gemeinsame Steuerung verfügen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden von dem auf die Laufbahn aufgebrachten Beschichtungsmaterial wenigstens 70%, vorzugsweise wenigstens 80%, und bis zu 99% entfernt. Es verbleibt eine strukturierte Oberfläche, wobei die Strukturierung durch die Bewegung der Laserstrahlen über die Oberfläche der Laufbahn erzeugt wird. Eine teilweise Entfernung des Beschichtungsmaterials ist einerseits dadurch bedingt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die Laserstrahlen im Wesentlichen nur einmal über die Oberfläche geführt werden, und dadurch ein Abtrag erfolgt, der nicht vollständig bis zu der Oberfläche der Laufbahn des Schienenelements aus einem Metall oder einer Metalllegierung durchdringt, und andererseits die Laserstrahlen in Bahnen über die Oberfläche der Laufbahn geführt werden, wobei die Bahnen der Laserstrahlen in bestimmten Ausführungsformen nur teilweise oder nicht überlappen, so dass sich eine raue Oberfläche bedingt durch Grate verbleibender Beschichtung ergibt. Der Begriff "im Wesentlichen nur einmal über die Oberfläche geführt" umfasst dabei, dass die Laserstrahlen in Bahnen über die Oberfläche geführt werden, die nicht überlappen, sich jedoch kreuzen können.
Es hat sich gezeigt, dass trotz verbleibender Beschichtungsreste gute Laufeigenschaften mit so behandelten Schienenelementen von kugel- oder walzengelagerten Teleskopschienen erzielt werden, wobei zudem keine Probleme mit den üblicherweise für Teleskopschienen eingesetzten Schmiermitteln auftreten. Dies trifft insbesondere für die Schmiermittel zu, die auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, einschließlich Graphit. Sowohl das verbleibende Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche der Laufbahnen als auch die Beschichtung an den Rändern der Laufbahnen sind stabil und es erfolgt kein Abplatzen oder Abspringen der Beschichtung in diesen Bereichen, wenn eine oder mehrere Kugeln oder Walzen die Laufbahn belasten.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Schienenelemente aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Stahl, austenitischem und ferritischem Edelstahl, Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie Gemischen davon. Diese Materialien haben sich besonders vorteilhaft bei der Verwendung in Teleskopschienen erwiesen, die insbesondere in beheizbaren Geräten, wie Öfen, Backöfen, Dampfgarern, etc. zum Einsatz kommen.
Austenitischer Edelstahl weist dabei einen hohen Legierungszuschlag auf, das heißt hohe Anteile von Ni, Cr, etc., während ferritischer Edelstahl weniger Legierungsanteile aufweist. Austenitischer Edelstahl ist in der Regel korrosionsbeständiger, insbesondere an Schweißstellen. In bestimmten Ausführungsformen werden dem Fachmann bekannte austenitische und ferritische Edelstähle eingesetzt, einschließlich des Edelstahls mit der Werkstoffnummer 1.4301 (X5CrNi18-10), auch mit AISI 304 bezeichnet, und des Edelstahls mit der Werkstoffnummer 1.4016 (X6Cr17), auch mit AISI 430 bezeichnet. Es sind jedoch auch andere Edelstähle einsetzbar, die insbesondere für hohe Temperaturbeanspruchungen geeignet sind.
Aluminium zeichnet sich durch sein geringes Gewicht aus und durch die Tatsache, dass bei diesem Material zusätzlich oder anstelle einer Beschichtung auch eine Eloxierung der Oberfläche möglich ist, die ebenfalls eine einheitliche Optik, Temperaturbeständigkeit und leichte Reinigung ermöglicht. Auch eine derart eloxierte Oberfläche, die gegebenenfalls noch eine zusätzliche Beschichtung aufweist, ist in dem beschriebenen Verfahren mittels Laserstrahlen entfernbar. Dem Fachmann sind Verfahren zur Eloxierung von Aluminium bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberflächenbeschichtung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Emaille, Hochtemperaturlacken, PTFE, Kunststoffen, Siloxanen, Metalloxiden und Gemischen davon, oder die Oberflächenbeschichtung ist eine Oberflächenmodifikation des Materials, aus dem die Schienenelemente bestehen. Die Beschichtungen können als solche oder in Beschichtungszusammensetzungen aufgebracht werden, wobei bei den Beschichtungszusammensetzungen in bestimmten Ausführungsformen in einem zwischengeschalteten Schritt vor dem Entfernen der Beschichtung durch Laser ein Lösungsmittel abgezogen wird und/oder die Beschichtung gebrannt oder gehärtet wird. Für das Aufbringen der Beschichtung sind dem Fachmann bekannte Verfahren geeignet, die auch umfassen, dass vor dem Aufbringen einer Beschichtung eine Vorbehandlung des Schienenelementes erfolgt. Bekannte Vorbehandlungen sind mechanische Bearbeitung durch Bürsten oder Sandstrahlen, Reinigung durch Aceton, Ultraschallreinigung, Reinigung durch Perchlorethylen und/oder Entfetten durch alkalisches Abkochen sowie Elektropolieren und Kombinationen davon. Vorzugsweise erfolgt keine weitere Vorbehandlung für die Beschichtung mit Emaille und eine Vorbehandlung durch Sandstrahlen für eine Beschichtung aus PTFE.
In einer Ausführungsform wird für die Erzeugung der Laserstrahlen in b) ein Laser mit einer Leistung von 50 bis 600 Watt, vorzugsweise 100 bis 400 Watt, und besonders bevorzugt 100 bis 300 Watt verwendet. Durch einen derart leistungsstarken Laser ist es möglich, eine Beschichtung auf der Oberfläche der Laufbahn eines Schienenelementes im Wesentlichen rückstandslos zu beseitigen, so dass die Laufeigenschaft der Laufbahn nicht beeinträchtigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Erzeugung der Laserstrahlen in b) ein Laser mit einer Pulsfrequenz zwischen 5 und 80 kHz, vorzugsweise zwischen 10 und 50 kHz, bevorzugt zwischen 10 und 15 kHz, verwendet. Es hat sich gezeigt, dass ein gepulster Laser mit der angegebenen Pulsfrequenz besonders geeignet für die Entfernung einer Beschichtung von einem Schienenelement aus Metall oder einer Metalllegierung ist.
In einer Ausführungsform erfolgt das Entfernen der Beschichtung in b) bei einer Temperatur im Bereich von 10°C bis 38°C, vorzugsweise in einem Bereich von 15°C bis 25°C, bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 20°C.
In einer Ausführungsform werden die Laserstrahlen beim Entfernen der Beschichtung in einer Zick-Zack-Bewegung, Mäandern, einer Sägezahn-, Rechteck- oder Schlaufenbewegung über die Oberfläche der Laufbahn geführt. Die Bewegung der Laserstrahlen setzt sich dabei aus einer Vorschubbewegung zusammen, die entlang einer Längserstreckung der Laufbahn erfolgt, und einer im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahn erfolgenden, sich periodisch wiederholenden Bewegung, aus der sich ein Zick-Zack-, Sägezahn-, Rechteck-, Mäander- oder Schlaufenmuster ergibt. Das Schlaufenmuster setzt sich in einer Ausführungsform aus einer Aneinanderreihung von einer der Zahl 8 ähnelnden Formen zusammen. In einer Ausführungsform erfolgt die Vorschubbewegung durch eine Bewegung des Schienenelementes, während die sich periodisch wiederholende Bewegung durch eine im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des Schienenelementes verlaufende Bewegung der Laserstrahlen erzeugt wird. Es hat sich gezeigt, dass, trotz der dadurch entstehenden quer zur Längserstreckung des Schienenelementes und damit auch quer zur Längserstreckung der Laufbahn auftretenden Riffelung der Oberfläche der Laufbahn, eine geräuscharmes und gleichmäßiges gegeneinander Verschieben von Schienenelementen einer Teleskopschiene, die wenigstens ein so bearbeitetes Schienenelement aufweist, möglich ist.
In einer Ausführungsform werden die Laserstrahlen in einer Schlaufenbewegung oder einer Zick- Zack-Bewegung über die Oberfläche der Laufbahn geführt, wobei sich die Bewegung, mit der die Laserstrahlen über die Laufbahn geführt werden, aus einer gleichmäßigen oder gleichförmigen geradlinigen Vorschubbewegung parallel zu der Längserstreckung des Schienenelementes und einer im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Schienen verlaufenden Bewegung in Form der Zahl 8 oder in Form von geraden Linien, die abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtung verlaufen, zusammensetzt. Dadurch erfolgt eine effiziente Entfernung von Beschichtungsmaterial, wobei, trotz verbleibender Reste von Beschichtungsmaterial auf der Laufbahn, ein geräuscharmes und gleichmäßiges gegeneinander Verfahren von Schienenelementen einer Teleskopschiene mit wenigstens einem so bearbeiteten Schienenelement möglich ist.
Vorzugsweise erstrecken sich die quer zur Längserstreckung des Schienenelementes verlaufenden Bewegungen im Wesentlichen über die gesamte Breite der Laufbahn. Die Breite der Laufbahn ist dabei die quer bzw. senkrecht zu der Längserstreckung der Laufbahn in der Ebene der Laufbahn sich erstreckende Ausdehnung, wobei die Laufbahnen von Schienenelementen von Teleskopschienen in der Regel eine Krümmung aufweisen, deren Krümmungsachse parallel zur Längserstreckung der Laufbahn liegt. Die gleichmäßige lineare Vorschubbewegung kann durch eine Bewegung eines die Laserstrahlen erzeugenden Laserkopfes oder durch eine Bewegung des Schienenelementes erfolgen.
In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen einem Laserkopf des die Laserstrahlen erzeugenden Lasers zu der Oberfläche der Laufbahn bei der Entfernung der Beschichtung in b) im Bereich von 80 mm bis 120 mm. Die Brennweite des Lasers wird dazu entsprechend eingestellt bzw. es wird ein Laser mit einer solchen Brennweite verwendet. Bei einer derartigen Brennweite ist eine effektive Entfernung einer Beschichtung von einem metallischen bzw. aus einer metallischen Legierung bestehenden Schienenelement möglich.
In einer Ausführungsform wird während und/oder nach dem Entfernen des Beschichtungsmaterials in b) die entfernte Beschichtung abgesaugt oder ausgeblasen. Bei der Entfernung einer Beschichtung mit Hilfe von Laserstrahlen wird die Beschichtung verdampft oder abgesprengt, wobei auch beide Prozesse gleichzeitig ablaufen können. Bei Beschichtungen, die überwiegend durch Verdampfen entfernt werden, ist ein Absaugen der Beschichtung möglich. Für Beschichtungen, die überwiegend abgesprengt werden, können die verbleibenden Reste mittels Druckluft von der Laufbahn entfernt werden. Vorzugsweise erfolgt in einer Ausführungsform ein Absaugen des entfernten Beschichtungsmaterials während des Entfernens des Beschichtungsmaterials in Stufe b). Durch Absaugen während des Entfernens können sowohl entstehende Dämpfe als auch Partikel und Trümmer der Beschichtung unmittelbar beseitigt werden und dadurch nicht in die Umgebung bzw. in die Umwelt gelangen.
Die Erfindung umfasst auch ein Schienenelement hergestellt durch ein oben beschriebenes Verfahren, sowie eine Teleskopschiene, die wenigstens ein durch ein oben beschriebenes Verfahren hergestelltes Schienenelement aufweist. Die Teleskopschienen sind kugel- oder walzengelagerte Teleskopschienen. Derartige Teleskopschienen und Schienenelemente lassen sich in vielen Bereichen einsetzten, sie sind jedoch erfindungsgemäß besonders für ein Gargutträgersystem bzw. als Teil eines Gargutträgersystems in einem Ofen bzw. Backofen ausgelegt. Sie eignen sich jedoch auch mit Vorteil für den Einsatz in Kühlschränken und Tiefkühlschränken und anderen Geräten und in Möbeln.
Eine erfindungsgemäße Teleskopschiene kann als Vollauszugsschiene oder Teilauszugsschiene mit Innen-, Außen- und gegebenenfalls einer oder mehreren Mittelschienen ausgebildet sein. Bei einer Teilauszugsschiene sind die Innenschiene und die Außenschiene zweckmäßigerweise als im Wesentlichen C-förmige Profile ausgebildet, wobei die Endabschnitte oder Schenkel des C-förmigen Profils der Außenschiene die Innenschiene umgreifen oder umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Figuren und Beispielen.
Figuren
Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Aufbaus für die Entfernung einer Beschichtung von einer Laufbahn mit Laserstrahlen und
2a) und 2b): eine schematische Darstellung von unterschiedlichen Bahnen, die die Laserstrahlen auf der Laufbahn beschreiben.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Schienenelemente vollständig mit einer Beschichtung durch ein Beschichtungsmaterial versehen. Anschließend erfolgt die Entfernung des Beschichtungsmaterials von einer Laufbahn des Schienenelements. In 1 ist schematisch ein Aufbau gezeigt, mit dem das Entfernen der Beschichtung erfolgt. Die Darstellung ist rein schematisch und spiegelt nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse und Details wieder. Für das Entfernen von Beschichtungsmaterial auf einer Laufbahn wird ein vollständig beschichtetes Schienenelement 1 bereitgestellt, das eine Laufbahn 2 aufweist. Das Schienenelement ist auf einer Auflage 6 gelagert und auf dieser fixiert. Die Auflage 6 kann fest oder insbesondere relativ zu einer Laservorrichtung beweglich sein. Mit Hilfe eines Laserkopfes 4 werden Laserstrahlen erzeugt. Der in den nachfolgend beschriebenen Beispielen verwendete Laser ist ein Nd:YAG-Festkörperlaser. Der Pfeil A gibt die Richtung der Längserstreckung des Schienenelementes 1 an. Während des Entfernens werden die Laserstrahlen in einer sich periodisch wiederholenden Bewegung quer zu Längserstreckung über die Oberfläche der Laufbahn 2 geführt, wobei gleichzeitig eine Vorschubbewegung in Richtung des Pfeiles A erfolgt. Die Vorschubbewegung kommt entweder durch eine Bewegung des Laserkopfes 4 in Richtung des Pfeiles A oder durch eine Bewegung der Auflage 6 mit dem darauf fixierten Schienenelement 1 in Gegenrichtung des Pfeiles A zustande. Beim Entfernen wird das Beschichtungsmaterial vollständig oder teilweise von der Laufbahn abgetragen, wobei eine behandelte Oberfläche 3 der Laufbahn 2 entsteht, die bei teilweisem Entfernen der Beschichtung eine Strukturierung aufweist, die durch die Bahn, die die Bewegung der Laserstrahlen über die Oberfläche beschreibt, bedingt ist.
2 stellt schematisch Beispiele für Bahnen dar, die die Laserstrahlen bei der Entfernung von Beschichtungsmaterial von einer Laufbahn eines Schienenelementes auf der Laufbahn beschreiben. Es handelt sich bei beiden dargestellten Bahnen in den 2a) und 2b) jeweils um sich periodisch wiederholende Formen, wobei sich die Bahnen durch eine periodisch wiederholende Bewegung, die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahn, von der die Beschichtung entfernt wird, und eine Vorschubbewegung in Richtung der Längserstreckung der Laufbahn zusammensetzen. Die Längserstreckung der Laufbahn verläuft bei den dargestellten Bahnen parallel zur Richtung des Pfeiles B.
Die in 2a) gezeigte Bahn setzt sich aus mehreren geradlinigen Bewegung, die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahn und abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtung verlaufen, und aus einer gleichförmigen geradlinigen Bewegung in Richtung der Längserstreckung zusammen. Die gleichförmige oder gleichmäßige geradlinige Bewegung in Richtung der Längserstreckung kann durch eine Bewegung der Laserstrahlen in Richtung des Pfeiles B zustande kommen oder durch eine Bewegung der Auflage, auf der das Schienenelement fixiert ist, in entgegengesetzte Richtung. Die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahnen erfolgende Bewegung kann sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Laufbahn des Schienenelementes erstrecken.
In 2b) ist eine Bahn gezeigt, die sich aus einer im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des Schienenelementes verlaufenden Bewegung in Form der Zahl 8 und einer gleichförmigen bzw. gleichmäßigen geradlinigen Bewegung in Richtung der Längserstreckung des Schienenelementes zusammensetzt. Die gleichförmige oder gleichmäßige geradlinige Bewegung in Richtung der Längserstreckung kann durch eine Bewegung der Laserstrahlen in Richtung des Pfeiles B zustande kommen oder durch eine entgegengesetzte Bewegung der Auflage, auf der das Schienenelement fixiert ist. Die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahnen erfolgende Bewegung kann sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Laufbahn des Schienenelementes erstrecken.
Bei beiden in 2 schematisch dargestellten Bahnen ergeben sich Lücken innerhalb des Bahnverlaufs, die bei der Entfernung von Beschichtungsmaterial zu Graten führen, die auf der Oberfläche der Laufbahn verbleiben. Dadurch ergibt sich eine strukturierte Oberfläche, in Form einer Riffelung, die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Laufbahn bzw. des Schienenelementes verläuft. Trotz dieser Riffelung stellen so bearbeitete Schienenelemente zufriedenstellende Laufeigenschaften bereit.
Beispiele
Um die Laufeigenschaften und Temperaturbeständigkeit von mit einem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Schienenelementen zu untersuchen, wurde jeweils eine Teilauszugsschiene (Außen- und Innenschiene) mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen und die Beschichtung der Laufbahnen der einzelnen Schienenelemente mit Laserstrahlen entfernt. Die Eigenschaften der so behandelten Schienenelemente bzw. daraus zusammengesetzten Teleskopschienen wurden mit denen einer unbeschichteten Teleskopschiene verglichen.
Beispiel 1: Bearbeitung von Schienenelementen mit unterschiedlichen Beschichtungen
Die für die Versuche verwendeten Schienenelemente waren (a) mit einem lufttrocknenden, hochtemperaturbeständigen Lack auf Lösungsmittelbasis, (b) mit PTFE oder (c) mit Emaille beschichtet. Es erfolgte keine Vorbehandlung der Schienenelemente vor der Aufbringung der Lack- und Emaille-Beschichtungen und eine Vorbehandlung durch Sandstrahlen vor dem Aufbringen der Beschichtung mit PTFE. Die Schienenelemente der Teleskopschienen wurden einzeln beschichtet und anschließend die Beschichtung auf den Laufbahnen mit Laserstrahlen entfernt. Erst im Anschluss daran wurden die Teleskopschienen zusammengebaut.
Die Entfernung der Beschichtung auf den Laufflächen der Schienenelemente erfolgte für alle beschichteten Schienenelemente mit einem diodengepumpten Nd:YAG-Laser der Klasse 4 mit einer Systemleistung von 150 Watt bis 600 Watt, wobei Laserleistungen im Bereich von 150 bis 300 Watt eingestellt wurden. Es wurde ein gepulster Laser eingesetzt mit einer Pulsfrequenz im Bereich zwischen 10 und 50 kHz. Die auf der Laufbahn beschriebene Bahn des Lasers entsprach der in 2b) schematisch dargestellten. Auf den Laufbahnen der so behandelten Schienenelemente war nach der Entfernung der Beschichtung mit Laser eine deutliche Struktur erkennbar, die der von den Laserstrahlen auf der Laufbahn beschriebenen Bahn entsprach.
Beispiel 2: Dauerlauftest und Überprüfung der Temperaturbeständigkeit
Um festzustellen, ob mit einer Teleskopschiene, die derart bearbeitete Schienenelemente aufweist, vergleichbare Laufeigenschaften wie mit nicht beschichteten Schienenelementen erreicht werden können, wurden die in Beispiel 1 erhaltenen Schienenelemente sowie eine Teleskopschiene mit Schienenelementen, bei der keine Beschichtung aufgebracht war, einem Dauerlauftest mit Hitzeeinwirkung unterzogen. Dazu wurde aus den wie oben beschrieben behandelten Schienenelementen jeweils eine Teilauszug-Teleskopschiene zusammengesetzt. Die zusammengesetzten Teleskopschienen wurden senkrecht zu ihrer Längserstreckung bzw. Laufrichtung mit 10 kg belastet und 8 Behandlungszyklen mit jeweils 10 Pyrolysevorgängen und jeweils 3000 Ein- und Ausfahrvorgängen unterworfen. Bei den Pyrolysevorgängen wurden die Teleskopschienen einer Temperatur von 500 °C ausgesetzt. Teleskopschienen, die mit PTFE beschichtete Schienenelemente aufwiesen, wurden einer Temperatur von nur 280 °C ausgesetzt. Die Ein- und Ausfahrvorgänge sind relative Bewegungen der Schienenelemente einer Teleskopschiene gegeneinander, wobei eine Teleskopschiene jeweils vollständig ausgezogen und wieder vollständig zusammengeschoben wurde.
Es hat sich gezeigt, dass die Teleskopschienen, bei denen auf die Laufbahnen der Schienenelemente eine Beschichtung aufgebracht und anschließend mit Laserstrahlen entfernt worden war, sowohl vor als auch nach dem oben beschriebenen Test, zufriedenstellende Laufeigenschaften erzielten.
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Die Angaben der Beurteilungen haben folgende Bedeutung:

–: deutliche Beeinträchtigung bei den Laufeigenschaften
±: zufriedenstellende Laufeigenschaft
+: hervorragende Laufeigenschaft

Bearbeitung der Schienenelemente	Laufeigenschaft vor Test	Laufeigenschaften nach Test
Beispiel 1a) Hochtemperaturlack	±	±
Beispiel 1b) PTFE	±	±
Beispiel 1c) Emaille	±	±
Vergleichsbeispiel ohne Beschichtung	+	+

Nach den oben beschriebenen Test wurden die Schienen auf äußerliche Veränderungen untersucht. Es hat sich dabei gezeigt, dass die Teleskopschienen nicht nur die für beschichtete Schienen übliche Pyrolysetauglichkeit aufweisen, sondern zusätzlich auch bei den von der Beschichtung teilweise befreiten Laufbahnen keine Verfärbung des Metalls bzw. der Metalllegierung auftritt, im Gegensatz zu der Teleskopschiene, bei der keine Beschichtung aufgebracht worden war. Es hat sich zudem gezeigt, dass sowohl das verbleibende Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche der Laufbahnen als auch die Beschichtung an den Rändern der Laufbahnen bei den gewählten Temperaturen und Belastungen stabil sind und kein weiteres Abplatzen oder Abspringen der Beschichtung in diesen Bereichen erfolgt.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen, den Beispielen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und Beispielen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005002315 A [0008]
DE 102004027717 A [0008]
DE 10211470 A [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

AISI 304 [0020]
AISI 430 [0020]

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen von Schienenelementen aus Metall oder Metalllegierungen für Teleskopschienen, wobei die Schienenelemente wenigstens eine Laufbahn aufweisen, bei dem man a) die Oberfläche der Schienenelemente, einschließlich der Oberfläche der Laufbahnen, mit einer Oberflächenbeschichtung versieht und anschließend b) die Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche der Laufbahnen durch Erhitzen des Beschichtungsmaterials mittels Laserstrahlen von der Oberfläche der Laufbahnen entfernt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem auf die Laufbahn aufgebrachten Beschichtungsmaterial wenigstens 70%, vorzugsweise wenigstens 80%, und bis zu 99% entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenelemente aus einem Material bestehen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Stahl, austenitischem und ferritischem Edelstahl, Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie Gemischen davon.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Emaille, Hochtemperaturlacken, PTFE, Kunststoffen, Siloxanen, Metalloxiden und Gemischen davon, oder eine Oberflächenmodifikation des Materials ist, aus dem die Schienenelemente bestehen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der Laserstrahlen in b) ein Laser mit einer Leistung von 50 bis 600 Watt, vorzugsweise 100 bis 450 Watt, und besonders bevorzugt 100 bis 300 Watt verwendet wird und/oder für die Erzeugung der Laserstrahlen in b) ein Laser mit einer Pulsfrequenz zwischen 5 und 80 kHz, vorzugsweise zwischen 10 und 50 kHz, bevorzugt zwischen 10 und 15 kHz, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen beim Entfernen der Beschichtung in Zick-Zack-Bewegungen, Mäandern, Sägezahn-, Rechteck- oder Schlaufenbewegungen über die Oberfläche der Laufbahn geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen in einer Schlaufenbewegung oder Zick-Zack-Bewegung über die Oberfläche der Laufbahn geführt werden, wobei sich die Bewegung, mit der die Laserstrahlen über die Laufbahn geführt werden, aus einer gleichmäßigen geradlinigen Vorschubbewegung parallel zu der Längserstreckung des Schienenelementes und einer im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des Schienenelementes verlaufenden Bewegung in Form der Zahl 8 oder in Form von geraden Linien, die abwechselnd in entgegengesetzte Richtung verlaufen, zusammensetzt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einem Laserkopf des die Laserstrahlen erzeugenden Lasers zu der Oberfläche der Laufbahnen bei der Entfernung der Beschichtung in b) im Bereich von 80 mm bis 120 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem Entfernen des Beschichtungsmaterials in b) die entfernte Beschichtung abgesaugt oder ausgeblasen wird.
Schienenelement, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Teleskopschiene, die wenigstens ein Schienenelement gemäß Anspruch 10 aufweist.