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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln eines Rohrs
oder rohrförmigen
Elements für
unter Druck stehende Fluidzuleitungssysteme.
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Bekanntlich
hat das Aufkommen der Dieselmotortechnologie, und insbesondere der Übergang von
einem Zuleitungssystem mit einer Vorverbrennungskammer zu einem
Direkteinspritzungszuleitungssystem zu einem beträchtlichen
Anstieg der Motorleistung geführt.
Es wurden jedoch einige unerwünschte
Auswirkungen festgestellt. Eine Direktzuleitung führt beispielsweise
zu einer erheblichen Zunahme des Drucks, mit dem der Brennstoff
den Einspritzvorrichtungen zugeführt
wird. Die Einspritzvorrichtungen werden von einer Rohrleitung oder
einem Rohr gespeist, das dem hohen Innendruck des Brennstoffs ausgesetzt
ist und deshalb Härte-
und mechanische Festigkeitseigenschaften aufweisen muss, um den
hohen radialen und tangentialen Belastungen standzuhalten. Darüber hinaus
hat die vorerwähnte
Leistungszunahme zu einem beträchtlichen
Anstieg bei der Vibration geführt,
der alle Teile des Motors und vor allem die vorher genannten Brennstoffzuführungsrohrleitungen
oder -rohre negativ beeinflusst.
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Vibrationen
bewirken ein abwechselndes Durchfedern des Rohrs, welches durch
die Materialbelastung in der axialen Richtung des Rohrs oder der Rohrwand
gekennzeichnet ist. Diese Vibrationen können zusammen mit der Wirkung
des an- und abschwellenden In nendrucks Risse oder Spalte im Rohr,
wobei Brennstoff ausläuft,
oder aber auch einen vollständigen
Bruch des Rohrs verursachen. Es wäre darüber hinaus festzuhalten, dass
die Rohre im Allgemeinen durch Ziehen hergestellt werden und die Innenwand
deshalb aufgrund der maschinellen Bearbeitung Haarrisse oder mikroskopische
Sprünge
aufweisen kann. Der hohe Druck des Fluids kann zusammen mit den
Vibrationen eine Verschlimmerung der Haarrisse bewirken, die dann
mit all den unerwünschten,
vorstehend beschriebenen Auswirkungen die Außenwand erreichen können.
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Zusätzlich können Probleme
hinsichtlich der Dichtung im Bereich der Verbindung jeder Rohrleitung
oder jedes Rohrs mit den dazugehörigen
Befestigungspunkten auftreten. Einspritzvorrichtungsseitig erreicht
der Druck des Brennstoffs bekanntlich Höchstwerte. Und zwar führte die
Zunahme des Zuleitungsdrucks dazu, dass das Material, aus dem die Einspritzvorrichtungen
hergestellt sind, fester gemacht werden musste. Der Härteunterschied
zwischen dem Material, welches im Allgemeinen aus hartem oder gehärtetem Metall
besteht, und demjenigen der Rohre, die im Allgemeinen aus einem
weniger harten Metall bestehen, kann aufgrund der Auswirkung der
Vibrationen zu einem Auslaufen von Brennstoff im Kontaktbereich
zwischen Rohr und Einspritzvorrichtung führen.
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Ähnlich können auch
im Rohr-/Pumpenverbindungsbereich selbst bei niedrigeren Drücken undichte
Stellen auftreten.
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Alle
vorgenannten Probleme können
auch in sogenannten „common
rail"-Zuleitungssystemen, also
Systemen mit gemeinsamer Druckleitung auftreten, die bekanntlich
ein Verteiler- oder Verzweigerelement vorsehen, von dem aus die
Brennstoffzuleitungsrohre zu den Einspritzvorrichtungen abgehen. Der
Verteiler besteht aus einem rohrförmigen Element, das auch der
Belastungswirkung des an- und abschwellenden Innendrucks und der
Vibrationen ausgesetzt ist.
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Verschiedene
Lösungen
wurden vorgeschlagen, um die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden.
Im Allgemeinen werden Behandlungen oder äußere Belegungen verschiedener
Arten, insbesondere aus Metall, verwendet, um eine Zunahme der mechanischen
Festigkeit der Rohre zu erzielen. Diese Belegungen können jedoch
verschiedene Nachteile haben:
- – die Schwierigkeit,
sie aufgrund der kleinen Durchmessers der Bohrung gleichmäßig auf
die Innenwand des Rohrs aufzubringen;
- – die
damit verbundene Schwierigkeit, dass, wenn die Behandlung vor der
maschinellen Bearbeitung des Rohrendes erfolgt, was im Allgemeinen
eine Erweiterung des Querschnitts des Rohrs mit einer Form beispielsweise
in Form eines Spitzkegels, d.h. einer Diagonalrippe mit sich bringt,
der Vorteil dieser Behandlung aufgrund der maschinellen Bearbeitung
des Endes verloren geht. Darüber
hinaus wäre
das Aufbringen irgendeines Belegungsmaterials in diesem Bereich
komplex und kostspielig und würde
hinsichtlich der Dichtung zu weiteren Problemen führen.
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Eine
weitere Art vorgeschlagener Lösungen besteht
darin, das Rohr einem Vorspannungsprozess, der „Autofrettage" genannt wird, zu
unterziehen. Dieser bekannte Prozess ist jedoch nur im Hinblick
auf Belastungen aufgrund der Wirkung des an- und abschwellenden
Drucks des Fluids wirksam, nicht aber im Hinblick auf die axialen
Belastungen aufgrund der Vibrationen. Darüber hinaus lässt sich dieses
Verfahren nicht leicht mit konstanten Ergebnissen steuern und wiederholen.
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Die
US 4,458,724 offenbart ein
Stahlrohr, das zur Ausbildung von Hochdruckbrennstoffeinspritzrohren
für Dieselmotoren
verwendet wird. Das Rohr weist eine gehärtete Innenschicht auf, die
eine Stickstofflösung
umfasst. Das Dokument räumt
ein, dass es bei der Ausbildung einer gehärteten Schicht auf der Innenfläche eines
Rohrs mit kleinem Durchmesser durch Gasweichnitrieren schwierig
ist, das Rohr gleichmäßig über seine
ganze Länge
mit Gas zu befüllen.
Das Ergebnis ist, dass es der gehärteten Schicht an Gleichmäßigkeit
mangelt. Somit wird das gehärtete
Rohr der
US 4,458,724 dadurch
hergestellt, dass ein Stahlrohr bei 570 bis 580°C in ein Bad geschmolzenen Natriumcyanids
eingetaucht und axial in Schwingung versetzt wird, um eine Diffusionsschicht
auszubilden, die eine feste Stickstofflösung an seiner Innenfläche umfasst.
Das Rohr wird dann in einem Ofen behandelt, der mit Stickstoff oder
einem Gemisch aus Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid
gefüllt
ist.
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Die
Herstellung des Rohrs der
US
4,458,724 erfordert deshalb die Verwendung von Natriumcyanid,
was Vorsicht bei seinem Gebrauch und seiner Entsorgung im Hinblick
auf seine potentiell toxischen Wirkungen notwendig macht.
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Es
besteht deshalb der Bedarf nach einem Rohr einer neuen Art, das
mittels einfacher und kostengünstiger
Maßnahmen
in der Lage ist, alle vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine effiziente Abdichtung
des Fluids mit guter Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene
Arten von Belastungen sicherzustellen.
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Die
Erfindung erzielt die vorgenannten Aufgaben, indem ein Rohr von
der eingangs genannten Art behandelt wird, bei dem die Innen- und/oder
Außenfläche behandelt
wird/werden, um eine Zunahme bei der Härte und/oder mechanischen Festigkeit
des Rohrs im Hinblick auf sowohl radiale und tangentiale als auch
axiale Belastungen zu erzielen. Man hat nämlich herausgefunden, wie in
der Beschreibung der beigefügten
Zeichnungen noch ausführlicher
beschrieben wird, dass insbesondere im Falle von Rohren mit einem
hohen K-Koeffizienten, d.h. einem großen Verhältnis zwischen Außen- und
Innendurchmesser, wie im vorliegenden Fall, die Belastung aufgrund
des an- und abschwellenden Innendrucks nur in dem Bereich der Oberflächenschichten
nahe der Innenwand beträchtlich
und im Falle von geringen Tiefen drastisch reduziert ist. Anders
ausgedrückt
ist die Wirkung des Drucks im Bereich der Innenwand des Rohrs und
den unmittelbar angrenzenden Schichten am größten und nimmt in einer hyperbolischen
bzw. exponentiellen Weise, d.h. sehr schnell ab, um auf einen niedrigen
Wert, der im Wesentlichen konstant ist, oder in der Richtung nach
außen
sogar auf Null zu gehen. Es kann deshalb als gute Annäherung festgestellt
werden, dass die Belastung aufgrund des an- und abschwellenden Drucks
des Fluids einen im Wesentlichen oberflächlichen Effekt hat, so dass
die Behandlung zur Stärkung
der Innenwand des Rohrs ausreicht, um dessen Auswirkung effizient entgegenzuwirken.
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Ähnlich wurde
herausgefunden, wie in der Darstellung in den begleitenden Zeichnungen
noch ausführlicher
beschrieben ist, dass die axiale Belastungswirkung, d.h. das Durchbiegen
des Rohrs aufgrund von Vibrationen, ihre größte Intensität im Bereich
der Außenfläche und
der unmittelbar angrenzenden Schichten entfaltet und wenn auch auf
eine im Wesentlichen lineare Weise nach innen hin auch schnell abnimmt.
Es kann deshalb mit einem guten Grad an Gewissheit festgestellt
werden, dass der axiale Belastungseffekt hauptsächlich oberflächlich ist, und
dass eine Behandlung zur Stärkung
der Außenwand
des Rohrs ausreicht, um dessen Auswirkung effizient entgegenzuwirken.
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Mit
Bezug auf die allgemeinen Merkmale des Rohrs kann dieses aus einem
oder mehreren Materialien (mehrlagig), insbesondere Metall und speziellem
Kohlenstoffstahl hergestellt sein, Stählen, die durch Nitrieren (legierte
Stähle)
oder dergleichen hergestellt werden.
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Die
Maße der
Dicke der Rohrwand können viel
größer sein
als das Maß des
Bohrungsdurchmessers, und zwar kann das Rohr einen Außendurchmesser
haben, der viel größer ist
als der Innendurchmesser.
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Der
Innendurchmesser des Rohrs, und zwar der Durchmesser der Bohrung,
kann sehr klein sein und insbesondere im Bereich von 1 bis 3 Millimeter liegen.
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Mit
Bezug auf die vorgenannten Probleme bezüglich der Auswirkungen der
verschiedenen Belastungen kann zumindest die Innenfläche einer
Nitrier- bzw. Carbonitrierbehandlung unterzogen werden.
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Vorteilhafter
Weise können
aus den vorerwähnten
Gründen
beide Flächen,
d.h. die Innen- und Außenfläche, einer
Nitrier- bzw. Carbonitrierbehandlung unterzogen werden.
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Überraschender
Weise kann das Verfahren auch auf die Innenfläche des Rohrs wirksam angewandt
werden, etwas, was angesichts des geringen Innendurchmessers des
Rohrs, von Fachleuten auf dem Gebiet als unmöglich erachtet wurde. Deshalb zeigt
die vorliegende Erfindung, dass es mit besonderen Maßnahmen
möglich
ist, auch die Innenwand des Rohrs einer stärkenden Behandlung zu unterziehen.
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Die
vorliegende Erfindung baut auf der Erkenntnis des wirklichen technischen
Problems und dem Mechanismus auf, der in Brennstoffzuleitungsrohren
verursachten Rissen oder undichten Stellen zugrunde liegt. Die Gründe, warum
diese Risse auftreten, sind nämlich
klar definiert, formuliert und in Worte gefasst, wodurch der Fachmann
auf dem Gebiet eine klare Sicht der Lage haben und die geeigneten
technischen Maßnahmen
für die
Lösung
ergreifen kann. Da die Auswirkung und die Belastungen der radialen/tangentialen
und axialen Effekte – die sich
auf die Mantelfläche
des Rohrwandquerschnitts beschränken – bekannt
sind, baut die vorliegende Erfindung auf der Tatsache auf, dass
es möglich ist,
sowohl für
Risse aufgrund axialer Belastung als auch Risse aufgrund radiler/tangentialer
Belastung, nämlich
den Rissen aufgrund von Vibration und den Rissen aufgrund von an-
und abschwellendem Innendruck, mittels einer einzelnen stärkenden
Behandlung Abhilfe zu schaffen, die eine im Wesentlichen oberflächliche
Wirkung hat und trotz des sehr kleinen Durchmessers der Bohrung
auch auf der Innenwand des Rohrs ausgeführt werden kann.
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Nitrier-
oder Carbonitriervorgänge
bewirken ein Härten
oder Vorbelasten der Oberflächenschichten
des Materials, d.h. erzeugen permanente Druckbelastungen, die sich
den dynamischen Belastungen aufgrund von an- und abschwellendem
Druck und Vibrationen entgegensetzen, was zu einer allgemeinen Zunahme
der Ermüdungsfestigkeit
führt.
Diese Behandlungen ermöglichen
eine Senkung der Bearbeitungszeit und Kosten und stellen eine volle
Zuverlässigkeit
sicher. Bei Nitrier- oder Carbonitriervorgängen lassen sich deren Wirkung
und genaue Einstellung gut abstimmen. Indem der Druck und die verschiedenen
Parameter variiert werden ist es nämlich möglich, konstante und wiederholbare
Ergebnisse zu erzielen, die insbesondere im Hinblick auf die Eindringtiefe
der Behandlung in das Material des Rohrs steuerbar sind. Diese Behandlungen
sind kostengünstig. Sie
ermöglichen
eine vollständige
Behandlung aller Rohrflächen,
einschließlich
der Innen- und Außenfläche der
geformten vorderen Enden, unabhängig
von ihrer Form. Insbesondere kann im Falle dieser geformten Teile
die herkömmliche
Belegungsbehandlung nicht auf eine kostengünstige und einfache Weise angewandt
werden, während
die Verfahren nach der Erfindung wirksam sind und kostengünstig angewandt
werden können,
um zumindest die Stärke
wenigstens der Oberflächenschichten – wie erforderlich und
ausreichend ist, um das Problem zu lösen – auf Werte zu erhöhen, die
sich mit denjenigen anderer Bestandteile eines Hochdrucksystems
vergleichen lassen. Darüber
hinaus zeigen die verfügbaren
Versuchsdaten, dass Haarrisse in den behandelten Materialien weniger
gefährlich
sind, so dass die Nitrier- oder Carbonitrierbehandlung den weiteren
Effekt hat, die Kräftekonzentration
zu verringern, die mit den von der maschinellen Bearbeitung herrührenden
Haarrissen oder Sprüngen
verbunden sind, die in der Innenwand des Rohrs vorhanden sein können. Diese
letztgenannte Eigenschaft spielt eine entscheidende Rolle bei der
Erhöhung
der Festigkeitseigenschaften der Rohrwand, insbesondere im Hinblick
auf radiale und tangentiale Belastungen, wodurch auch Herstellungsunregelmäßigkeiten,
die sich aus dem Ziehvorgang ergeben, behoben werden.
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Sowohl
Nitrier- als auch Carbonitrierbehandlung verbessern das ästhetische
Erscheinungsbild des behandelten Materials, geben diesem einen anziehenden,
homogenen Farbton. Dieser Faktor kann auch einen positiven psychologischen
Effekt auf den Käufer
beispielsweise eines Kraftfahrzeugs haben, der sich eine positive
Meinung über
die Qualität
eines Produktes, insbesondere eines Autos bilden kann, indem er
auch das ästhetische
Erscheinungsbild des Motors und seiner Teile berücksichtigt. Ein ästhetisches
und gut gepflegtes Aussehen dieser Teile bietet auch ein Bild von
konstruktionstechnischer Präzision
und Sauberkeit und von daher von einer Betriebszuverlässigkeit
der mechanischen Teile.
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Die
Nitrier- oder Carbonitrierbehandlung stellt eine ausgezeichnete
Festigkeit gegen Verschleiß,
Ermüdung
und Korrosion sicher, verursacht keine Verformung, und kann aufgrund
ihrer hohen Wiederholbarkeit auf fertige Teile angewendet werden,
was Bearbeitungszyklen und Produktionskosten verringert.
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Nach
der vorliegenden Erfindung umfasst die Nitrier- oder Carbonitrierbehandlung
Zyklen, um den Druck einer gesteuerten Stickstoff- bzw. Kohlenstoff-
und Stickstoffatmosphäre
auf eine gepulste Weise zu erhöhen
oder zu senken. Anders ausgedrückt
wird der Druck der Nitrieratmosphäre zyklisch eine bestimmte
Zeit lang erhöht
und dann lässt
man ihn eine weitere Zeit lang auf einen niedrigeren Pegel abfallen.
Diese Maßnahme
erleichtert das Eindringen des Gases in die Rohrbohrung trotz ihres
kleinen Durchmessers und trägt
zur Behandlung der Innenfläche
des Rohrs bei.
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In
Kombination mit der Nitrier- oder Carbonitrierbehandlung ist es
möglich,
den Schritt vorzusehen, der darin besteht, das Rohr einem Vorspannungsprozess,
insbesondere dem vorher erwähnten Prozess
der „Autofrettage" zu unterziehen.
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Und
zwar erzeugt die Nitrier- oder Carbonitrierbehandlung eine Vorspannung
in den Oberflächenschichten.
Dies hat einen Effekt, der ähnlich demjenigen
ist, der mit der „Autofrettage"-Behandlung erzielt
wird, kann aber nichtsdestoweniger damit kombiniert werden. In diesem
Fall kann eine doppelte Abstimmung der Wirkung erzielt werden, indem die Hauptparameter
beider Prozesse modifiziert werden, wie etwa der Autofrettage-Druck
und die Nitriertiefe.
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Das
nach der vorliegenden Erfindung behandelte Rohr kann ein rohrförmiges Element
oder einen Teil eines pulsierenden, unter Druck stehenden Fluidzuleitungssystems
sein, das eine Anzahl von Funktionen aufweist, die größer ist
als lediglich Fluid zu transportieren, wie zum Beispiel ein Verteilerelement oder
dergleichen, insbesondere ein Verteiler in sogenannten „common
rail"-Zuleitungssystemen
für Dieselmotoren.
Das zugrundeliegende Prinzip nach der vorliegenden Erfindung kann
auch vorteilhafter Weise in rohrförmigen Elementen dieser Art
eingesetzt werden.
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Natürlich ist
es in Kombination mit der Innen- und/oder Außenflächenbehandlung des Rohrs möglich, auch
die Autofrettage-Behandlung und/oder in Kombination mit zumindest
einem dieser Behandlungsverfahren das Aufbringen einer oder mehrerer Belegungsschichten
vorzusehen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, wie Innen-
oder Außenumhüllungen
aus metallischem oder nichtmetallischem Material oder Abscheidung
von Materialschichten.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Behandeln
eines Rohrs oder rohrförmigen
Elements, das gezogen, geschnitten und maschinell in Form gebracht
wurde, folgende Schritte umfassend:
Ausführen einer Innen- und/oder
Außenflächenbehandlung,
um eine Zunahme bei der Härte
und/oder mechanischen Festigkeit des Rohrs in Hinblick auf sowohl
radiale/tangentiale als auch axiale Belastungen zu erzielen,
dadurch
gekennzeichnet, dass
zumindest die Innenfläche des Rohrs einer Nitrier- bzw.
Carbonitrierbehandlung unterzogen wird; und
die Nitrier- bzw.
Carbonitrierbehandlung Zyklen umfasst, um den Druck einer gesteuerten
Stickstoff- bzw. Kohlenstoff- und Stickstoffatmosphäre auf eine gepulste
Weise zu erhöhen
oder zu senken.
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Vorteilhafter
Weise können
beide Flächen, d.h.
Innen- und Außenfläche, einer
Nitrier- bzw. Carbonitrierbehandlung
unterzogen werden.
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Diese
Behandlung kann auch auf die Innen- und/oder Außenfläche der vorderen Enden des Rohrs
ausgedehnt werden.
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Der
Nitrier- bzw. Carbonitrierprozess kann mit einer Behandlung zum
Vorspannen des Rohrs wie beispielsweise einem weiteren Schritt kombiniert werden,
der ein Rohr betrifft, das bereits einer anderen Art von Behandlung,
insbesondere dem „Autofrettage" genannten Prozess
unterzogen wurde.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafter Weise
auf ein Rohr angewendet werden, das ein rohrförmiges Element oder ein Systemteil
bildet, das eine Anzahl von Funktionen aufweist, die größer ist
als lediglich Fluid zu transportieren, wie beispielsweise ein Verteilerelement
oder dergleichen, insbesondere ein Verteiler zur Verwendung in einem
System mit gemeinsamer Druckleitung für Dieselmotoren.
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In
Kombination mit dem Schritt der Innen- und/oder Außenflächenbehandlung
ist es möglich, Schritte
vorzusehen, die eine Innen- und/oder Außenbelegung des Rohrs mit einer
oder mehreren Schichten aus metallischem oder nichtmetallischem Material
oder mit Kombinationen aus metallischen und nichtmetallischen Schichten
mit sich bringen. Diese Schichten können sowohl vor als auch nach dem
Nitrier- bzw. Carbonitrierprozess aufgebracht werden, d.h. sie können, oder
auch nicht, den vorher erwähnten
Prozessen sowohl während
der Anwendung auf das Rohr als auch gesondert unterzogen werden.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus dem vorstehend Dargelegten
offensichtlich und bestehen vor allem darin, auf einfache und kostengünstige Weise
ein unter Druck stehendes Fluidzuleitungsrohr erhalten zu können, das
wirksam hohen an- und abschwellenden Drücken mit starken radialen/tangentialen
Belastungen und starken Vibrationen bei signifikanter axialer Belastung
widerstehen kann. Die Erfindung überwindet
ein technisches Vorurteil hinsichtlich der Möglichkeit, die Innenwand eines
Rohrs trotz dessen kleinen Durchmessers der Bohrung einem Nitrierprozess
unterziehen zu können.
Darüber
hinaus zeigt die Erfindung, wie das Verfahren, das ihren Gegenstand
ausmacht, weitere positive und vorteilhafte Effekte hervorbringt,
wie insbesondere eine Verringerung der Auswirkung von Haarrissen
und eine Verbesserung im ästhetischen
Erscheinungsbild des Rohrs.
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Die
weiteren kennzeichnenden Merkmale und Weiterentwicklungen der Erfindung
bilden den Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
kennzeichnenden Merkmale der Erfindung und die sich daraus ergebenden
Vorteile gehen deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der beigefügten Figuren
hervor:
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1 zeigt
den Intensitätsverlauf
der auf die Rohrwand wirkenden radialen/tangentialen Belastungen;
und
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2 zeigt
den Intensitätsverlauf
der auf die Rohrwand wirkenden axialen Belastung.
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Mit
Bezug auf 1 bezeichnet 1 die
Innenwand des Rohrs, während 2 die
Außenwand
bezeichnet. Die Werte des Rohrradius sind auf der Abszissenachse 3 gezeigt,
die entlang des Durchmessers des Rohrs eingezeichnet ist, wobei
der Wert 0 dessen Mitte, d.h. seiner Achse, entspricht. Die Werte, die
sich auf die Belastungsstärke
oder -intensität
beziehen, sind auf der Ordinatenachse 4 gezeigt. Der Druck
des Fluids erzeugt eine radiale Belastung, die durch die mit der
Zahl 5 angegebene Kurve dargestellt ist, und eine tangentiale
Belastung, die durch die mit der Zahl 6 angegebene Kurve
dargestellt ist. Die Wirkung des Drucks des Fluids auf das Material des
Rohrs ergibt sich im Wesentlichen aus einem nicht gleichwertigen,
nicht ausgeglichenen anisotropischen Ansprechen auf die radiale
Belastung 5 und die tangentiale Belastung 6. Die
Belastung, die auf das Material wirkt, ist sowohl durch die Belastung 5 als
auch die Belastung 6 bestimmt; die gleichwertige „Von Mises"-Belastung ist durch
die Kurve 7 dargestellt. Wie aus der grafischen Darstellung
ersichtlich ist, hat diese Streckbelastung 7 ihre höchste Stärke an der
Innenfläche 1 des
Rohrs, während
sie nach außen
hin abrupt abfällt,
und zwar im Bereich der tiefsten Schichten und zu einem sehr niedrigen,
im Wesentlichen konstanten Wert tendiert. Diese Tatsache gibt Anlass
zur Schlussfolgerung, dass die Wirkung des Fluiddrucks nur auf der
Innenfläche 1 des Rohrs
und den unmittelbar angrenzenden Schichten erheblich ist, so dass
sich die vorstehend beschriebene Stärkungs- und Vorspannungsbehandlung
empfiehlt.
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Die
durch die Zahl 8 angegebene Kurve zeigt den qualitativen
Verlauf der Stärke
und Festigkeit des Materials nach dem Nitrieren bzw. Carbonitrieren
an, namentlich und analog die Höchstbelastungsfähigkeit
des Rohrs in Bezug auf die Höchststreckbelastung,
die es nach der Behandlung auszuhalten in der Lage ist. Wie zu sehen
ist, sind die mechanische Festigkeit und die Härte des Materials im Vergleich
zum Verlauf vor der Behandlung (Kurve 9) drastisch erhöht. Indem
die Behandlungsparameter geeignet eingestellt werden, ist es möglich, eine
Zunahme der Härte/Festigkeit
zu erzielen, um die Streckbelastung bei den gegenwärtig erforderlichen
Pegeln zu überwinden
(Kurve 7). Der Verlauf der Kurve 8 ist im Bereich
des Innendurchmessers ähnlich
demjenigen der Kurve 7, d.h. die Zunahme bei der Festigkeit
ist proportional zur Zunahme bei den Belastungen. In 1 ist
der axiale Belastungseffekt nicht sichtbar, da es sich um eine Kraft
handelt, deren Richtung senkrecht zum Zeichnungsblatt ist.
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Mit
Bezug auf 2 ist der Verlauf der Biegebelastung
schematisch in einer Längsschnittansicht
des Rohrs gezeigt. Wie deutlich zu sehen ist, ist die stärkere Wirkung
der Biegebelastung im Bereich der äußersten Schichten offensichtlich
und erreicht ihren Höchstpegel
auf der Außenfläche 2.
Diese Schlussfolgerung bildet die Basis für die Gültigkeit der vorliegenden Erfindung,
nämlich
der Tatsache, erkannt zu haben, dass es ausreicht, beide Rohrflächen, d.h.
die Außen-
sowie die Innenfläche
eines Rohrs, einer Nitrier- bzw. Carbonitrierbehandlung zu unterziehen,
um dessen Härte
und mechanische Festigkeitseigenschaften im Hinblick auf sowohl
an- und abschwellenden Druck als auch Vibrationen zu erhöhen. Mit
Bezug auf 2 ist die zu 8 in 1 analoge
Kurve darin nicht gezeigt, um die Figur nicht unübersichtlich oder unverständlich zu
machen.
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Alle
Erwägungen,
die sich aus der Darstellung der Zeichnungen ergeben, gelten auch
in Bezug auf andere rohrförmige
Elemente von Zuleitungssystemen für Dieselmotoren und insbesondere
für die Verteiler
von Systemen mit gemeinsamen Druckleitungen, sogenannten „common
rail"-Systemen.
In diesem Fall reicht auch die Nitrierbehandlung der Innen- und
Außenwände allein
aus, um deren Härte und
mechanische Festigkeitseigenschaften auf eine zufriedenstellende
Weise zu erhöhen.
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Selbstverständlich soll
die Erfindung nicht als auf die beschriebene Rohrart beschränkt aufgefasst
werden, sondern lässt
sich vorteilhafter Weise auch auf andere Arten von Rohren, beispielsweise der
mehrlagigen Art, anwenden. Darüber
hinaus soll die Erfindung nicht als auf den Sektor von Dieselmotoren
beschränkt
angesehen werden, sondern lässt sich
auch vorteilhafter Weise auf jeden Sektor anwenden, wo dieselben
Probleme vorkommen, denen sich die vorliegende Erfindung zuwendet
und die sie löst.
Und all dies, ohne vom zugrungeliegenden Prinzip abzuweichen, das
vorstehend angegeben und nachstehend beansprucht ist.