DE69826335T3 - Mechanische Anordnung von unverträglichen metallischen Werkstoffen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mechanische Anordnungen von Metallen und spezifischer auf mechanische Anordnungen von Metallteilen, die unverträgliche Ionisierungsenergien aufweisen. Erfindungsgemäße mechanische Anordnungen können in einer Vielzahl von Mechanismen, wie beispielsweise Angelrollen und Fahrradkomponenten, eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Bauen von bestimmten Maschinen, die das Kontaktieren von Teilen, die unverträgliche Ionisierungsenergien aufweisen, erfordern. Wenn die Ionisierungsenergien von In-Kontakt-Stehenden Metallen sich in ausreichender Weise voneinander unterscheiden, kann elektrolytische Korrosion auftreten, wenn Strom zwischen diesen in der Anwesenheit eines Elektrolyts, wie zum Beispiel Salzwasser, fließt.
  • Durch Menschenkraft angetriebene Drehmaschinen sind bestens leicht, um die Bedienung zu erleichtern, und sind gleichzeitig starr, um im Laufe der Zeit der unregelmäßigen Spannung und Belastung, die durch die menschliche, anstatt mechanische, Anwendung von Kraft bedingt ist, zu widerstehen. Stahl, zum Beispiel, weist oft ein Gewicht auf, das für solche Anwendung nicht erwünscht ist, obwohl er durch sein hohes Elastizitätsmodul starr ist. Zusätzlich zu leichtem Gewicht und Starrheit, ist das Reduzieren der Masse bei der Herstellung von durch Menschenkraft angetriebenen Drehmaschinen auch wünschenswert, damit sie nicht unhandlich sind. Das Herstellen von Teilen für solche Maschinen zum Beispiel aus synthetischen Polymeren kann eine inakzeptable Masse erfordern, um ausreichende Starrheit zu erreichen. In einigen Anwendungen gibt es des Weiteren bei den aus synthetischen Polymeren hergestellten Teilen einen Mangel an der erwünschten Textur, und kann dem Aussehen keine begehrte Qualität verleihen.
  • Aluminiumlegierungen stellen eine wünschenswerte Textur und ein hochwertiges Aussehen bereit und weisen Elastizitätsmodule auf, deren Elastizität höher als diejenige der synthetischen Polymere, aber niedriger als diejenige des Stahls ist. Ebenso verhält es sich mit Zinklegierungen, Titan und Titanlegierungen.
  • Magnesiumlegierungen sind leicht und sehr starr, haben aber selbstverständlich nicht die Stärke von Stahl. Das Einsetzen von Magnesiumlegierungen in Verbindung mit Eisen oder Stahl bei der Herstellung von Maschinenkomponenten kann dazu dienen, das Gewicht zu reduzieren, während wirksam ausreichend Stärke und Starrheit beibehalten wird. Eisen und Stahl weisen Ionisierungsenergien auf, die mit Magnesiumlegierungen insofern unverträglich sind, dass zwischen diesen elektrolytische Korrosion auftreten kann, wenn sie in direktem Kontakt sind und in die Anwesenheit eines Elektrolyts, wie etwa Salzwasser oder sogar Luft, gelangen.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung oder Reduzierung elektrolytischer Korrosion in Maschinenteilen, die aus Magnesiumlegierung hergestellt sind und in Kombination mit Maschinenteilen, die aus Materialien gefertigt sind, die eine mit Magnesiumlegierung unverträgliche Ionisierungsenergie aufweisen, eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist in einem Aspekt eine mechanische Anordnung aus einem ersten Teil aus Magnesiumlegierung und einem zweiten Teil aus einem anderen Metall, der mit dem Teil aus Magnesiumlegierung an einem Zwischenraum damit gekoppelt ist, wobei der Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Teil von einem einspritzbaren Füllmittel eingenommen wird, wobei das Füllmittel elektrolytisch isolierend ist, wobei das Füllmittel eine Flüssigkeit zum Einspritzen in die Zwischenräume durch Kapillarwirkung ist.
  • Der zweite Teil kann eine Aluminiumlegierung oder eine Zinklegierung sein; als Alternative dazu kann der zweite Teil Titan oder Titanlegierungen oder Edelstahl sein.
  • Der erste Teil aus Magnesiumlegierung kann anodisiert sein. Wenn der zweite Teil aus Aluminiumlegierung oder Zinklegierung gefertigt ist, kann er in direktem Kontakt mit einem Stahlteil in einer erfindungsgemäßen mechanischen Anordnung gekoppelt werden.
  • Zusätzlich dazu kann das Füllmittel ein flüssiger Klebestoff sein, der sich nach dem Einspritzen verfestigt.
  • Das Füllmittel verbessert die Korrosionsschutzeigenschaften der mechanischen Anordnung, indem es als ein Isolierstoff gegen elektrolytische Korrosion wirkt.
  • In einem anderen Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine mechanische Anordnung, die Folgendes umfasst: einen ersten Teil aus Magnesiumlegierung; einen zweiten Teil aus Edelstahl oder Titan/Titanlegierung mit geringerer Ionisierungsenergie, der mit dem ersten Teil aus Magnesiumlegierung gekoppelt ist; ein Isoliermaterial, das zwischen den ersten und zweiten Teil geschoben ist und mit diesen in direktem Kontakt ist; und ein Füllmittel, das in die Zwischenräume zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, oder dem Isoliermaterial eingespritzt wird.
  • Das Isoliermaterial isoliert die Magnesiumlegierung elektrisch von dem Edelstahl oder Titan/der Titanlegierung mit geringerer Ionisierungsenergie, damit elektrolytische Korrosion unwahrscheinlich wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Montage einer solchen mechanischen Anordnung bereit, wie in Anspruch 9 definiert.
  • Aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung werden dem Fachmann im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen das Vorangehende und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung schnell ersichtlich.
  • 1 ist eine Schnittsansicht einer doppelt gelagerten Rollenspule, die auf eine bruchstückhaft gezeigte Welle montiert ist, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht eines Abschnitts der in 1 dargestellten Spule und Welle; und
  • 3 ist eine bruchstückhafte Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Fahrradkurbelanordnung in einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsform 1
  • Die in 1 dargestellte Spule 1 ist aus Magnesiumlegierung durch Spritzgießen in einem Druckgussprozess hergestellt. Eine Bosse 1c ist integral mit und zentral entlang der inneren zylindrischen Oberfläche eines Schnurwickel-Trommelteilabschnitts 1b der Spule 1 geformt. Eine aus einer Aluminiumlegierung gefertigte Muffe 2 ist in die Bohrung der Bosse 1c durch Druck eingeführt. Das Einfügen der Muffe 2 verhindert die elektrolytische Korrosion der Spule 1 aus Magnesiumlegierung. Die Spule 1 ist gezeigt, wobei sie durch Kerbzähne mit einer Welle 3, die durch die Muffe 2 verläuft, gekoppelt ist. Die Welle 3 ist eine Stange, die zum Beispiel aus Edelstahl gefertigt ist.
  • Ein kleiner Zwischenraum B besteht zwischen der Spule 1 und der Muffe 2. Ein durch eine Kapillarwirkung eingespritztes Haftmittel A füllt den Zwischenraum B. Das flüssige Füllmaterial ist nicht auf das Haftmittel A beschränkt und andere Flüssigkeiten, wie etwa Kunstharz-Polymere und Öle, können verwendet werden, solange die Flüssigkeit hervorragende Durchlässigkeit und Korrosionsschutzeigenschaften aufweist.
  • Wie weiter in 2 dargestellt, ist ein Oxidfilm C auf den Oberflächen der Spule 1 und der Muffe 2 gebildet, um ihre Korrosionsschutzeigenschaften zu verbessern. Der Oxidfilm C wird durch Anodisieren, d. h. durch einen anodischen Oxydations- oder einen Vorbehandlungsschichts-Prozess, gebildet.
  • Das Anordnen der Muffe 2 zwischen der Spulenbosse 1c aus Magnesiumlegierung und der Welle 3 aus Edelstahl wird zum Vermeiden der elektrolytischen Korrosion durchgeführt. Die Ionisierungsenergie der Muffe 2 aus Aluminiumlegierung ist der Vermittler zwischen den Ionisierungsenergien der Spule 1 aus Magnesiumlegierung und der Welle 3 aus Edelstahl.
  • Das Verfahren des Einfügens des Teils aus Aluminiumlegierung zwischen die Magnesiumlegierung und die Stahlteile ist nicht auf die Einführung durch Druck beschränkt; anwendbare Verfahren umfassen Einsatzgießen. Wo jedoch, in dem vorliegenden Beispiel, Zwischenräume B zwischen der Spule 1 aus Magnesiumlegierung und der Muffe 2 aus Aluminiumlegierung verbleiben, würde es wahrscheinlich sein, dass atmosphärische Luft, Salzwasser oder ähnliche korrosive Flüssigkeiten, die als Elektrolyten dienen, in die Zwischenräume B eintreten würden und zu Korrosion führen würden. Um die Möglichkeit der Korrosion daher auszuschließen, wird ein Füllstoff, wie das Haftmittel A, in den Zwischenraum B eingefüllt.
  • Ausführungsform 2
  • 3 stellt eine Fahrradkurbelanordnung 10 dar, die einen rechten und linken Kurbelarm 11 und 12 aus Magnesiumlegierung, die an beiden Enden der Kurbelwelle 13 aus Aluminiumlegierung befestigt sind, umfasst.
  • Eine Muffe 14 aus Aluminiumlegierung, die eine Bohrung 15 mit Gewinde aufweist, wird nicht drehbar in das distale Ende eines Kurbelabschnitts 11a des rechten Kurbelarms 11 durch Druck eingeführt. Eine Pedalwelle 16 aus Edelstahl für ein Pedal 17 ist in die Gewindebohrung 15 der Welle 14 eingeschraubt.
  • Desgleichen ist eine andere Muffe 14 aus Aluminiumlegierung für eine andere Pedalwelle 16 in das distale Ende eines Kurbelabschnitts 12a des linken Kurbelarms 12 durch Druck eingeführt.
  • Ähnlich zu der ersten Ausführungsform ist ein Haftmittel in die Zwischenräume zwischen der Muffe 14 und dem distalen Ende der Kurbelabschnitte 11a und 12a gefüllt.
  • Ferner ist ein (nicht angegebener) Oxidfilm auf den Oberflächen des rechten und linken Kurbelarms 11, 12 geformt.
  • In der vorliegenden mechanischen Anordnung von Fahrradteilen ist es nicht wahrscheinlich, dass die Kurbelarme 11 und 12 aus Magnesiumlegierung, die mit den Pedalwellen 16 aus Edelstahl gekoppelt sind, elektrolytisch korrodieren.
  • Da das Haftmittel in den Zwischenraum zwischen den Muffen 14 und jeden der Kurbelabschnitte 11a und 12a gefüllt wird, ist es nicht wahrscheinlich, dass in den Zwischenräumen Korrosion beginnt.
  • Abwandlungen
  • In den gerade beschriebenen Ausführungsformen ist der Teil aus Magnesiumlegierung in Kontakt mit einem Teil aus Aluminiumlegierung, der eine mittlere Ionisierungsenergie aufweist und zwischen dem Teil aus Magnesiumlegierung und dem Teil aus Edelstahl liegt. Dabei kann ein Teil aus Zinklegierung anstatt ein Teil aus Aluminiumlegierung verwendet werden.
  • Weitere Ausführungsformen
  • In einer mechanischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Teil aus Magnesiumlegierung direkt an einen Teil aus Edelstahl, Titan oder Titanlegierung gekoppelt sein, wobei ein Isoliermaterial zwischen den Teil aus Magnesiumlegierung und den Teil aus Edelstahl, Titan oder Titanlegierung eingefügt ist und mit diesen in direktem Kontakt ist. Das Isoliermaterial kann zum Beispiel ein synthetisches Polymer, wie etwa Nylon, oder eine Isolierfarbe sein. Das Einfügen des Isoliermaterials zwischen den Teil aus Magnesiumlegierung und den Teil aus Edelstahl, Titan oder Titanlegierung reduziert den Elektronenstrom zwischen den Teilen, was die elektrolytische Korrosion des Teils aus Magnesiumlegierung unwahrscheinlich macht.
  • Auch hier wird ein Füllmittel in die Zwischenräume zwischen den Teilen der mechanischen Anordnung eingespritzt. Das heißt, das Füllmaterial wird in die Zwischenräume zwischen dem Teil aus Magnesiumlegierung und dem Teil aus Edelstahl, Titan oder Titanlegierung, sowie zwischen dem Teil aus Magnesiurniegierung und dem Isoliermaterial, gefüllt.
  • Während nur ausgewählte Ausführungsformen gewählt worden sind, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, wird dem Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne den in den angehängten Ansprüchen definierten Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin wird die vorangehende Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt und sollte die Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, nicht einschränken.

Claims (13)

  1. Eine mechanische Anordnung, die Folgendes beinhaltet: einen ersten Teil (1) aus Magnesiumlegierung; und einen zweiten Teil (2) aus einem anderen Metall, der mit dem Teil aus Magnesiumlegierung an einem Zwischenraum (B) damit gekoppelt ist; gekennzeichnet dadurch, dass der Zwischenraum (B) zwischen dem ersten (1) und zweiten (2) Teil von einem einspritzbaren Füllmittel (A) eingenommen wird, wobei das Füllmittel (A) elektrolytisch isolierend ist, wobei das Füllmittel eine Flüssigkeit zum Einspritzen in die Zwischenräume durch Kapillarwirkung ist.
  2. Mechanische Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Teil (2) aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen, ausgewählt ist.
  3. Mechanische Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Teil (2) mit einem Edelstahlteil (3) gekoppelt ist und in direktem Kontakt mit diesem steht.
  4. Mechanische Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Teil (2) aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Titanlegierungen und Edelstahl, ausgewählt ist.
  5. Mechanische Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Füllmittel (A) ein flüssiger Klebestoff ist, das sich nach dem Einspritzen in den Zwischenraum (B) verfestigt.
  6. Mechanische Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Teil (1) aus Magnesiumlegierung anodisiert ist.
  7. Eine mechanische Anordnung, die Folgendes beinhaltet: einen ersten Teil (1) aus Magnesiumlegierung; einen zweiten Teil (3), der mit und bei einem Zwischenraum (B) mit dem ersten Teil (1) aus Magnesiumlegierung gekoppelt ist, wobei der zweite Teil (3) eine geringere Ionisierungsenergie als der erste Teil (1) aufweist und aus der Gruppe, bestehend aus Edelstahl, Titan und Titanlegierungen, ausgewählt ist; ein Isoliermaterial (2), das zwischen, in direktem Kontakt und an einem Zwischenraum (B) mit dem ersten (1) und zweiten (3) Teil liegt; und ein Füllmittel (A), das in die Zwischenräume (B) zwischen dem ersten (1) und zweiten (3) Teil eingespritzt wird, und zwischen den ersten Teil (1) und das Isoliermaterial (2).
  8. Ein Verfahren zum Anordnen einer mechanischen Anordnung, das Folgendes beinhaltet: das Koppeln eines ersten Teils (1) aus Magnesiumlegierung und eines zweiten Teils (2) aus einem anderen Metall, so dass sich dazwischen ein Zwischenraum (B) befindet; das Einspritzen eines elektrolytisch isolierenden Füllmittels (A) in den Zwischenraum (B) zwischen dem ersten (1) und zweiten (2) Teil.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: das Auswählen des zweiten Teils (2) aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: das Auswählen des zweiten Teils (2) aus der Gruppe bestehend aus Titan, Titanlegierungen und Edelstahl.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: das Auswählen eines flüssigen Füllmittels (A) zum Einspritzen in den Zwischenraum (B) durch Kapillarwirkung.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: das Auswählen eines flüssigen Füllmittels (A), das sich nach dem Einspritzen in den Zwischenraum (B) verfestigt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: das Anodisieren des ersten Teils (1) aus Magnesiumlegierung.
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