VERFAHREN ZUR OBERFLÄCHENBEHANDLUNG EINER GASFLASCHE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, bei dem die Gasflasche auf eine Mindestrautiefe von 30 µm gestrahlt wird, danach mit Lack pulverbeschichtet wird und schließlich in einem Ofen bei einer Temperatur von 150°C bis 250°C wärmebehandelt wird.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner nach diesem Verfahren hergestellte Gasflaschen.

[0003] Flüssiggasflaschen, insbesondere Propangasflaschen werden vielfältig für gewerbliche und private Zwecke eingesetzt, insbesondere auch für den Betrieb von Grillstationen. Es handelt sich um ortsveränderliche, wiederbefüllbare, geschweißte Stahlflaschen, die einem Prüfdruck von 30 bar standhalten müssen und beispielsweise einen Durchmesser von 300 mm aufweisen bei einem Fassungsvolumen von beispielsweise 12,5 bis 27,2 I. Derartige Gasflaschen sind als Eigentums- und Leihflaschen auf dem Markt, sind vielfach wiederbefüllbar und bedürfen einer regelmäßigen Wartung und Prüfung auf Gebrauchssicherheit.

[0004] Insbesondere bei kleineren Füllvolumina macht das Eigengewicht der Gasflasche einen erheblichen Teil des Gesamtgewichts aus. Dies wirkt sich nachteilig auf die Handhabbarkeit und Transportierbarkeit aus.

[0005] Zur Verminderung des Eigengewichts der Flüssiggasflaschen wurden eine Reihe von Maßnahmen getroffen. So wurden beispielsweise die Ventilschutzkragen auf Kunststoff umgestellt. Gleichzeitig wurden die metallenen Haltegriffe in den Kunststoffkragen integriert. Der Großteil des Eigengewichts ergibt sich aber aus dem Metallkörper der Gasflasche selbst.

[0006] Hier schafft eine neue Stahlqualität Abhilfe, der sogenannte Dualphasenstahl. Als Dualphasenstahl oder DP-Stahl werden Stähle bezeichnet, deren Gefüge aus einer ferritischen Matrix besteht, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase eingelagert ist. Die ferritische Matrix ist eher weich, die martensitische Zweitphase mit einem Anteil von beispielsweise etwa 20% bringt eine gesteigerte Zugfestigkeit mit sich. DP-Stähle sind erheblich fester als herkömmliche Stähle und erlauben damit bei verschiedenen Einsatzzwecken, beispielsweise im Automobilbau, aber auch bei der Herstellung von Gasflaschen, die Verwendung von dünneren Blechen ohne Festigkeitsverlust.

[0007] Dualphasenstähle sind beispielsweise von den Firmen ThyssenKrupp und ArcelorMittal unter der Bezeichnung DP 600 erhältlich.

[0008] Herkömmliche Gasflaschen werden beispielsweise aus Stahlblechen der Qualität P 310 mit einer Dicke von 2,3 mm hergestellt. Für die Gasflaschen aus DP 600-Stahl können Bleche von 1,6 mm verwandt werden, was eine Gewichtsersparnis von rund 30% mit sich bringt.

[0009] Gasflaschen werden aus entsprechend zugeschnittenen Blechen durch Kaltumformung (Tiefziehen) hergestellt. Der DP-Stahl hat den Vorteil einer sehr guten Kaltverformbarkeit unter Verfestigung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, die für die Gasflasche wichtig sind. Insbesondere ist gegenüber dem Ausgangsstahl die Streckegrenze verbessert.

[0010] Gasflaschen müssen insbesondere an ihrer Außenseite gegen Korrosion geschützt werden und werden daher in der Regel lackiert. Die Lackierung muss ausreichen, einen genormten Salzsprühtest über 480 h Stand zu halten (Korrosionsschutz Kategorie C4). Für aus DP-Stahl gefertigte Gasflaschen wird allerdings eine darüber hinausgehende Standfestigkeit im Salzsprühtest über 720 h verlangt. Dies ist mit einer einfachen Beschichtung, wie sie für Standardgasflaschen verwandt wird (Polyesterlackbeschichtung) nicht darstellbar. In der Regel erfordert dies eine höhere Schichtdicke der Lackierung oder gar einen mehrschichtigen Aufbau.

[0011] Der Korrosion ist auch insoweit problematisch, als auf den sehr glatten DP-Stahloberflächen die herkömmlichen Lacke schlecht haften. Auch diesem Sachverhalt muss Rechnung getragen werden.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist damit die Bereitstellung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens, mit dem aus Dualphasenstahl gefertigte Flüssiggasflaschen dauerhaft und korrosionsfest beschichtet werden können.

[0013] Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine entsprechend gefertigte Flüssiggasflasche ist Gegenstand des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0014] Für die Lackbeschichtung werden insbesondere Pulverlacke verwandt.

[0015] In der Praxis hat sich gezeigt, dass das Beschichtungsverfahren mit einer finalen Wärmebehandlung zu einem auch hinsichtlich der Stahlqualität weiter verbesserten Produkt führt. Messungen haben ergeben, dass eine Wärmebehandlung im Bereich von 150 bis 250°C (Objekttemperatur) über eine definierte Zeit die mechanische Festigkeit des verwandten Stahls weiter verbessert. Insbesondere bei der Stahlqualität DP 600 erfolgt bei dieser nachfolgenden Wärmebehandlung ein sogenanntes Bake Hardening also eine nochmalige Festigkeitssteigerung.

[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenbehandlung und Vergütung von Leichtbau-Gasflaschen aus Dualphasenstahl beinhaltet in einem ersten Schritt die Aufrauung der Oberfläche. Dabei muss eine Mindestrautiefe von 30 µm, vorzugsweise von 40 µm erreicht werden, um eine dauerhafte Beschichtung zu ermöglichen, die dem geforderten Salzsprühtest gerecht wird. Für die Aufrauung wird insbesondere ein Strahlverfahren mit grobkörnigen Stahlpartikeln (GK-Strahlen) eingesetzt, das alle mit dem Lack in Berührung kommenden Teile der Flasche erfasst.

[0017] Nach dem Strahlen der Oberfläche wird zumindest eine Lackschicht aufgebracht, vorzugsweise wenigstens zwei. Dabei hat sich das Aufbringen zunächst einer Grundierung und anschließend eines Decklacks bewährt. Für die Grundierung kommt insbesondere ein Epoxidpulverlack in Frage, der ein gegenüber Polyesterpulverlack deutlich verbessertes Haftungsvermögen hat. Der Epoxidpulverlack wird nach dem Aufbringen zunächst bei erhöhter Temperatur geliert, bevor dann die Decklackschicht aufgebracht wird. Bei dem Decklack handelt es sich vorzugsweise um einen Polyesterpulverlack. Die beiden Lackschichten werden dann einer Wärmebehandlung bei 150 C bis 200°C unterzogen, wobei wichtig ist, dass das Objekt (die Gasflasche) diese Temperatur erreicht. Vorzugsweise findet diese thermische Behandlung bei einer Temperatur von 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten statt und insbesondere bei etwa 180°C über 20 Minuten. Bei dieser Temperatureinstellung hat sich der Verfestigungseffekt auch für den Stahlmantel der Gasflasche gezeigt.

[0018] Wird nur eine Lackschicht aufgebracht, beträgt die Schichtdicke insbesondere 120 bis 180 µm, bei zwei Lackschichten 40 bis 60 µm für die Grundierung, 50 bis 100 µm für die Deckschicht.

[0019] Die Erfindung betrifft ferner eine Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, die eine Korrosionsschutzbeschichtung, wie vorstehend beschrieben aufweist. Bei dieser Korrosionsschutzbeschichtung ist auf eine aufgeraute Oberfläche mit einer Mindestrautiefe von 30 µm, vorzugsweise 40 µm wenigstens eine Lackschicht aufgebracht. Vorzugsweise weist die Gasflasche eine Grundierung und eine Deckschicht auf, wobei die Grundierung aus einer Epoxidlackschicht besteht und die Deckschicht eine Polyesterlackschicht ist. Aufgrund der Wärmebehandlung der pulverlackierten Leichtbau-Gasflasche kommt es zu einer weiteren Festigkeitssteigerung des für die Gasflasche verwandten DP-Stahls.

[0020] Nachstehend wird die Herstellung einer Gasflasche aus DP-Stahl näher erläutert.

[0021] Aus einem Ausgangsstahl der Firma ArcelorMittal mit einer Blechstärke von 1,6 mm werden Ronden geschnitten, die mit einem herkömmlichen Ziehöl benetzt werden. Die Ronden werden mit einem Stempel in einem Ziehring zur Kalotte kalt umgeformt. Nach der Umformung wird der Kalottenrand vergleichmäßigt und jede zweite Kalotte zusätzlich am Rand eingesickt. Aus den Kalotten entstehen Ober- und Unterteil der Gasflasche, wobei die Sicke das Positionieren der Bauteile zueinander erleichtert und der Schweißbadsicherung dient.

[0022] Anschließend wird die Kalotte für das Oberteil in ein Lochwerkzeug transportiert und für die Festlegung der Ventileinrichtung hergerichtet. Zugleich wird im Oberteil noch eine Passung für die Kunststoffkappe und für den Halsring angeformt. Das Ziehöl wird von den Kalotten herunter gewaschen.

[0023] Im Anschluss an die Vorbereitung und Reinigung werden die Schweißarbeiten vorgenommen. Eine Gewindemuffe wird aufgeschweißt und innen mit einem kronischen Gewinde ausgerüstet, zur Aufnahme des Ventils. Ggf. wird ein Stahlkragen und werden Stahlgriffe aufgeschweißt, soweit nicht ein Kunststoffkragen zur Ventilsicherung verwandt wird. In diesem Fall können die Griffe in den Kunststoffkragen integriert sein.

[0024] Im Anschluss an das Aufschweißen der Ventilaufnahme werden Oberteil, Unterteil und Fußring miteinander durch Schweißen verbunden. Für die Fußringe können hier herkömmliche StahlquaGSlitäten verwandt werden. Bei Gasflaschen mit Kunststoffkragen werden die Herstellungsdaten in den Fußring eingeprägt, ansonsten auf den Tragegriffen bzw. dem Stahlkragen ausgewiesen.

[0025] Zur Vorbereitung der Lackierung werden die Flaschenrohlingen auf eine Mindestrautiefe von ca. 40 µm gestrahlt. Für die Strahlung wird ein GK-Verfahren verwandt, das mit Stahlpartikeln arbeitet. Im Anschluss wird die Druckhaltigkeit der Gasflasche, vorzugsweise mit Luft, bis zu einem Druck von 30 bar geprüft.

[0026] Für die Beschichtung wird ein übliches Pulverbeschichtungsverfahren verwandt, bei dem zunächst eine Epoxidpulverschicht auf die Gasflaschen aufgebracht wird. Diese Pulverschicht wird in einem Ofen bei einer relativ niedrigen Temperatur geliert, um das Aufbringen und die Haftung einer Decklackschicht zu verbessern. Für den Decklack wird eine Polyesterpulverschicht aufgebracht. Beide Lackschichten werden dann in einem Ofen bei einer Temperatur von 180°C (Objekttemperatur) ca. 20 Minuten vernetzt.

[0027] Durch das Wärmebehandlungsverfahren bei 180°C erfährt das DP 600-Material über das sogenannte Bake Hardening eine nochmalige Festigungssteigerung.

[0028] Bei der Endmontage werden die Gasflaschen mit einem Kunststoffkragen, einem Ventil, den Sicherheitsaufkleber, ggf. einem Siebaufdruck mit Kundenlogo und einem Aufdruck zum Eigengewicht und Herstellungsdatum komplettiert.

[0029] Es versteht sich, dass in einigen Produkten von diesem beispielhaften Verfahren abgewichen werden kann. Beispielsweise sind Gasflaschen mit nur einer Lackschicht oder mehr als 2 Lackschichten möglich. Für den Fall, dass nur eine Lackschicht benötigt wird, handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Epoxidbeschichtung.

Ansprüche

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Leichtbau-Gasflasche, hergestellt unter Verwendung eines Dualphasenstahls, bei dem die Gasflasche auf eine Mindestrautiefe von 30 µm gestrahlt wird, danach mit Lack pulverbeschichtet wird und schließlich in einem Ofen bei einer Temperatur von 150°C bis 250°C wärmebehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestrautiefe 40 µm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe durch GK-Strahlen erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Aufbringen zunächst einer Grundierung und anschließend eines Decklacks.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Grundierung ein Epoxidpulverlack verwandt wird, der bei erhöhter Temperatur geliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Decklack ein Polyesterpulverlack verwandt wird, der auf den gelierten Epoxipulverlack aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackbeschichtung bei einer Temperatur von 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten gehärtet wird.

8. Leichtbau-Gasflasche aus einem Dualphasenstahl, gekennzeichnet durch eine Oberflächenbehandlung, bei der auf eine aufgeraute Oberfläche mit einer Mindestrautiefe von 30 µm wenigstens eine Lackschicht aufgebracht ist, die bei einer Temperatur von 150 bis 250°C wärmebehandelt wurde.

9. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Mindestrautiefe von 40 µm.

10. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Grundierungsschicht und eine Decklackschicht.

11. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Grundierung aus einer Epoxipulverlackbeschichtung besteht.

12. Leichtbau-Gasflasche nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einer Polyesterpulverlackbeschichtung besteht.

13. Leichtbau-Gasflasche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichtete Gasflasche bei 170°C bis 220°C über 15 bis 30 Minuten wärmebehandelt wurde.