DE4010178C1

DE4010178C1 -

Info

Publication number: DE4010178C1
Application number: DE4010178A
Authority: DE
Inventors: Heinz 4100 Duisburg De Bartkowski; Hans-Ulrich Dipl.-Ing. 6837 St Leon-Rot De Dietzel; Erhard Dipl.-Ing. 6940 Weinheim De Hentzschel
Original assignee: Bundy 6900 Heidelberg De GmbH
Current assignee: Bundy 6900 Heidelberg De GmbH
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2010-03-31
Also published as: GB2242498A; BR9101253A; CA2039407A1; KR910016400A; EP0449600A2; GB9106529D0; EP0449600A3; JPH05104134A

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrlagenrohr aus Metall, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge, das aus einem flachen Metallband durch axiales Wickeln hergestellt ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Derartige Rohre aus unlegiertem Stahl haben sich als Leitung für Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Bremsflüssigkeiten oder Kraftstoffe, bestens bewährt. Sie sind mechanisch äußerst beanspruchungsfähig. Ein teilweiser Schutz gegenüber chemischen Einflüssen, wie beispielsweise Salzwasser, ist durch eine Aufbringung einer geeigneten Korrosionsschutzschicht möglich.

Als Korrosionsschutzschichten sind metallische Schichten und Kunststoffschichten bekannt. So ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 8 54 608 ein aus Bandstahl schraubenlinienförmig gewickeltes und verlötetes oder verschweißtes Rohr bekannt, das mit einer Korrosionsschicht aus Kupfer versehen ist. Aus EP 00 46 134 B1 ist ein Mehrlagenrohr bekannt, bei dem sowohl die Verbindung zwischen den einzelnen Wickellagen als auch die Beschichtung der Oberflächen des Rohres mit einem geeigneten Kunststoff erfolgt. Sowohl metallische Beschichtungen als auch Kunststoffbeschichtungen haben den Nachteil, daß eine Beschädigung der Schutzschicht - beispielsweise durch Steinschlag - nicht auszuschließen ist. Das an diesen Stellen freiliegende Rohr kann dann ungeschützt korrodieren.

Anstelle von korrosionsgeschützten Stahlrohren werden auch nahtlose Rohre aus Kupferlegierungen, beispielsweise CuNiFe, eingesetzt. Mit diesen ist jedoch der Nachteil verbunden, daß Probleme durch die ungleichmäßige Einwandigkeit entstehen. Zusätzlich können beispielsweise bei der Herstellung durch Ziehen im kalten Zustand Anrisse durch innere Spannungen und Oberflächenrisse entstehen, die später zum Bruch führen. In derartigen Rohren bilden sich auch Spannungsrisse durch Einwirkung von auf den Straßen befindlichen chemischen Substanzen, die durch Spritzwasser oder Luftströmungen auf die Rohre gelangen. Außerdem greift beispielsweise das in Fäkalien enthaltene Ammoniak nahtlose Bremsleitungsrohre aus ungeschützten Kupferlegierungen an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mehrlagenrohr aus Metall anzugeben, das sowohl gegenüber chemischen als auch gegenüber mechanischen Beanspruchungen äußerst beständig ist.

Das erfindungsgemäße Rohr ist dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus einem legierten austenitischen Stahl besteht. Vorzugsweise weist der Stahl einen Molybdängehalt von mindestens 2% auf. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch die Verwendung einer austenitischen Stahlsorte ohne Molybdängehalt möglich.

Insbesondere ist vorgesehen, daß der Stahl in an sich bekannter Weise folgende Legierungsmargen enthält: 0 bis 0,1% Kohlenstoff, 10,5 bis 14,00% Nickel, 16,5 bis 18,5% Chrom, 2,0 bis 2,50% Molybdän, maximal 1% Silizium und maximal 2% Mangan. Als weiterer Bestandteil kann mehr als das Fünffache des Kohlenstoffgehalts Titan oder mindestens das Achtfache des Kohlenstoffgehalts Niob vorgesehen sein.

Diese Zusammensetzung bewirkt eine Resistenz gegen viele chemische Substanzen und hat eine gute mechanische Festigkeit zur Folge. Je nach Legierungsaufbau im einzelnen kann vorgesehen sein, daß eine Teilmenge des Niobs durch die doppelte Menge Tantal ersetzt ist.

Die nach dem Wickeln bzw. Einformen erforderliche Verbindung zwischen den einzelnen Lagen kann bei dem erfindungsgemäßen Mehrlagenrohr vorzugsweise mit Kupferlot erfolgen. Dabei wird das Kupferlot mit dem Stahl metallurgisch verbunden.

Bedingt durch die chemische Beständigkeit des gemäß der Weiterbildung verwendeten Werkstoffs ist keine weitere Schutzschicht erforderlich. Gemäß einer anderen Weiterbildung ist im Gegensatz dazu eine auf dem Stahl aufgebrachte Dispersionsschicht vorgesehen. Dabei besteht die Dispersionsschicht vorzugsweise aus Nickel-Phosphor. Dieses hat den Vorteil, daß ein Stahl ohne Molybdängehalt verwendet werden kann.

Die Erfindung umfaßt ferner ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge, durch axiales Wickeln eines flachen Metallbandes, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zur Verbindung der einzelnen Lagen dienendes Lot nach dem Wickeln (Einformen) auf die zu verbindenden Flächen verteilt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die meisten Weiterbildungen des Verfahrens sind insbesondere zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus legiertem austenitischen Stahl ausgelegt, sie können jedoch auch bei anderen Stahlsorten, wie beispielsweise bei normalem Kohlenstoffstahl, in vorteilhafter Weise angewendet werden, wobei insbesondere wirtschaftliche Vorteile auftreten. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für eine kontinuierliche als auch für eine diskontinuierliche Fertigung geeignet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Lot am äußeren oder inneren Rand des durch das Einformen entstehenden Spalts deponiert und nach Erwärmen des Mehrlagenrohres unterstützt durch die Kapillarwirkung über den gesamten Spalt verteilt wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß das Lot nach dem Einformen am äußeren Rand des Spalts deponiert wird oder daß das Lot im Bereich eines der Ränder des noch nicht eingeformten Metallbandes deponiert wird. In beiden Fällen kann das Lot durch Aufspritzen deponiert werden. Verfahren dazu sind hinreichend bekannt.

Um eine Reduktion der passiven Oberfläche des Metallbandes für den anschließenden Lötvorgang zu erzielen, ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß das bereits eingeformte Mehrlagenrohr unter reduzierendem Gas, vorzugsweise Wasserstoff mit einer Reinheit von 5.0, auf eine erste Temperatur erwärmt wird, daß anschließend eine weitere Erwärmung auf eine zweite Temperatur erfolgt, bei welcher das Lot schmilzt, und daß die zweite Temperatur über eine vorgegebene Zeit gehalten wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Weiterbildung besteht darin, daß die erste Temperatur 1000°C, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes ist, daß die zweite Temperatur geringfügig oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegt und daß die vorgegebene Zeit 20 s ist.

Mit dieser Ausgestaltung wird einerseits eine einwandfreie Reduktion der Oberfläche des Metallbandes erzielt, andererseits wird bei dem unmittelbar anschließenden Lötvorgang eine Korngrenzendiffusion des Lotes vermieden, welche bekanntlich zu einem sogenannten Lötbruch führen kann.

Der Reduktionsvorgang sowie der Übergang zum Schmelzen des Lotes und zur Verteilung des Lotes im Spalt wird dadurch verbessert, daß zwischen der ersten und der zweiten Temperatur ein Temperaturanstieg von etwa 5°C/s erfolgt.

Eine auf die Verwendung von Kupfer abgestimmte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Temperatur des bereits eingeformten Mehrlagenrohres in einer ersten Phase auf etwa 1000°C gesteigert wird, daß in der ersten Phase die Zuführung von reduzierendem Gas, vorzugsweise Wasserstoff mit einer Reinheit von 5.0, begonnen wird, daß in einer zweiten Phase die Temperatur auf etwa 1090°C gesteigert wird, daß in einer dritten Phase die erreichte Temperatur 20 s beibehalten wird und daß in einer vierten Phase eine Abkühlung des Mehrlagenrohres erfolgt.

Bei der Verwendung eines unbeschichteten Metallbandes ist es vorteilhaft, daß zur Einformung ein Innenwerkzeug (Schwimmer) aus einem Werkstoff ohne adhäsive Verschleißneigung zum Werkstoff des Metallbandes verwendet wird. Dabei ist vorgesehen, daß der Schwimmer bis zu einer Temperatur von etwa 650°C beständig ist. Dann kann unmittelbar nach der Einformung eine Steigerung der Temperatur erfolgen, was insbesondere bei einer kontinuierlichen Fertigung vorteilhaft ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrlagenrohr,

Fig. 2 Schnitte durch das erfindungsgemäße Mehrlagenrohr während verschiedener Phasen des Herstellungsverfahrens und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Temperatur, welcher das Mehrlagenrohr nach dem Einformen ausgesetzt ist.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das erfindungsgemäße Mehrlagenrohr besteht aus einem eingerollten Stahlband 1, das nach dem sogenannten Bundy-Verfahren soweit eingerollt ist, daß es an jeder Stelle des Umfangs zweilagig ist. Zwischen den Lagen befindet sich eine Lotschicht 2, die vorzugsweise aus Kupfer oder einer geeigneten Kupferlegierung besteht und für eine feste Verbindung zwischen den Lagen sorgt. Das Metallband 1 besteht aus einem Stahl mit der folgenden Zusammensetzung: 0 bis 0,1% Kohlenstoff, 10,5 bis 14,00% Nickel, 16,5 bis 18,5% Chrom, 2,0 bis 2,50% Molybdän, mehr als das Fünffache des Kohlenstoffgehalts Titan, maximal 1% Silizium, maximal 2% Mangan und mindestens das Achtfache des Kohlenstoffgehalts Niob.

Diese Zusammensetzung gewährleistet eine hohe mechanische Stabilität und einen Schutz gegen alle an der Unterseite und im Motorraum eines Kraftfahrzeugs vorkommenden chemischen Belastungen.

Bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren wird von einem Band aus austenitisch legiertem Stahl ausgegangen. Für die zunächst zu erfolgende Einformung sind verschiedene Verfahren bekannt, so daß sich eine Beschreibung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erübrigt. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß das Innenwerkzeug, der sogenannte Schwimmer an das unbeschichtete Metallband derart angepaßt ist, daß er keine adhäsive Verschleißneigung zum Werkstoff des Bandes aufweist.

Nach dem Einformen wird durch ein an sich bekanntes Aufspritzverfahren Lotmittel auf das Mehrlagenrohr im Bereich des äußeren Randes des Spalts aufgetragen, wie es in Fig. 2a dargestellt ist. Als Lotmittel kommt reines Kupfer in Frage. Es ist jedoch auch die Verwendung von geeigneten Kupferlegierungen möglich.

Die Temperaturführung für die auf das Einformen folgenden Prozesse ist derart abgestimmt, daß die Kaltverfestigung des zum Mehrlagenrohr gewickelten Bandes ausreichend langsam und ohne wesentliche Geometrieänderung des Wickels zum Erhalt des erforderlichen sehr kleinen Lötspaltes erfolgt. Es ist jedoch im Sinne einer ausreichenden Vorschubgeschwindigkeit und einer Begrenzung der Abmessungen der Erwärmungseinrichtungen nicht ein beliebig langsamer Anstieg der Temperatur möglich.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist daher zunächst ein relativ schneller Temperaturanstieg vorgesehen. Während dieser Phase wird von außen Wasserstoff zugeführt (Fig. 2b), wobei durch einen entsprechenden Überdruck sichergestellt ist, daß der Wasserstoff in den Spalt und in das Innere des Mehrlagenrohres eindringt. Sobald eine Temperatur von etwa 1000°C überschritten ist, beginnt eine zweite Phase, während der die Temperatur um etwa 5°C/s gesteigert wird. Innerhalb dieser Phase erfolgt der Reduktionsvorgang, der abgeschlossen ist, wenn die Schmelztemperatur des Kupferlotes erreicht ist.

Damit ist die dritte Phase erreicht, zu deren Beginn das flüssige Kupferlot durch die Kapillarwirkung in den Spalt eingezogen wird (Fig. 2c). Die Dauer der dritten Phase ist entscheidend für eine gute metallurgische Verbindung zwischen dem Kupferlot und dem Stahlband, wobei jedoch eine Korngrenzendiffusion vermieden werden muß. Deshalb überschreitet die dritte Phase nicht eine Dauer von 20 s. Eine vierte Phase dient dann der abschließenden Abkühlung.

Claims

1. Mehrlagenrohr aus Metall, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge, das aus einem flachen Metallband durch axiales Wickeln hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus einem legierten austenitischen Stahl besteht.

2. Mehrlagenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl einen Molybdängehalt von mindestens 2% aufweist.

3. Mehrlagenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in an sich bekannter Weise folgende Legierungsmargen enthält:
0 bis 0,1% Kohlenstoff,
10,5 bis 14,00% Nickel,
16,5 bis 18,5% Chrom,
2,0 bis 2,50% Molybdän,
maximal 1% Silizium und
maximal 2% Mangan.

4. Mehrlagenrohr nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mehr als das Fünffache des Kohlenstoffgehalts Titan.

5. Mehrlagenrohr nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens das Achtfache des Kohlenstoffgehalts Niob.

6. Mehrlagenrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Niobs durch die doppelte Menge Tantal ersetzt ist.

7. Mehrlagenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen durch Kupferlot metallurgisch verbunden sind.

8. Mehrlagenrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf dem Stahl aufgebrachte Dispersionsschicht.

9. Mehrlagenrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsschicht aus Nickel-Phosphor besteht.

10. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge, durch axiales Wickeln eines flachen Metallbandes, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Verbindung der einzelnen Lagen dienendes Lot nach dem Wickeln (Einformen) auf die zu verbindenden Flächen verteilt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallband verwendet wird, das aus normalem Kohlenstoffstahl besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallband verwendet wird, das aus legiertem austenitischen Stahl besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot am äußeren oder inneren Rand des durch das Einformen entstehenden Spalts deponiert und nach Erwärmen des Mehrlagenrohres unterstützt durch die Kapillarwirkung über den gesamten Spalt verteilt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot nach dem Einformen am äußeren Rand des Spalts deponiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot im Bereich eines der Ränder des noch nicht eingeformten Metallbandes deponiert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aufgespritzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bereits eingeformte Mehrlagenrohr unter reduzierendem Gas, vorzugsweise Wasserstoff mit einer Reinheit von 5.0, auf eine erste Temperatur erwärmt wird, daß anschließend eine weitere Erwärmung auf eine zweite Temperatur erfolgt, bei welcher das Lot schmilzt, und daß die zweite Temperatur über eine vorgegebene Zeit gehalten wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur 1000°C, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes ist, daß die zweite Temperatur geringfügig oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegt und daß die vorgegebene Zeit 20 s ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Temperatur ein Temperaturanstieg von etwa 5°C/s erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des bereits eingeformten Mehrlagenrohres in einer ersten Phase auf etwa 1000°C gesteigert wird, daß in der ersten Phase die Zuführung von reduzierendem Gas, vorzugsweise Wasserstoff mit einer Reinheit von 5.0, begonnen wird, daß in einer zweiten Phase die Temperatur auf etwa 1090°C gesteigert wird, daß in einer dritten Phase die erreichte Temperatur 20 s beibehalten wird und daß in einer vierten Phase eine Abkühlung des Mehrlagenrohres erfolgt.

21. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einformung ein Innenwerkzeug (Schwimmer) aus einem Werkstoff ohne adhäsive Verschleißneigung zum Werkstoff des Metallbandes verwendet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer bis zu einer Temperatur von circa 650°C beständig ist.