DE102007057906B4

DE102007057906B4 - Beschichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102007057906B4
Application number: DE102007057906.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Horling; Tristan Kaiser; Hans-Jürgen Liesegang; Reiner Wagner
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: CN101910465B; US20110045226A1; WO2009068225A1; CN101910465A; US9951427B2; DE102007057906A1

Abstract

Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen gegen ein Gegenelement, umfassend folgende Merkmale: – Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 9 und einer vorgebbaren mittleren Korngröße, – eine Beschichtung mit einer Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße, wobei die Dicke der Beschichtung zwischen 45 und 75 µm ausgebildet ist, – ein Beschichtungsträger mit einer Vertiefungen umfassenden Oberfläche, wobei ein Anteil größer 85 % der Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet ist, – die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht und umschließt die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger hin orientierten Bereich und – die Beschichtungsanordnung ist auf wenigstens einer Stirnseite eines lochscheibenartigen Bauelements, das zum Einsatz in einer starren Wellenkupplung ausgebildet ist, aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind eine ganze Reihe von reibungserhöhenden Beschichtungen bekannt, wobei aber für manche Anwendungen die damit erzielbaren Haftbeiwerte nach wie vor steigerungsbedürftig sind. Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 38 77 604 T2 eine Beschichtung mit harten, anorganischen Mikroteilchen mit einer Mohshärte von 3 bis 9. Ferner beschreibt die WO 2004/005585 A1 eine Diamantelektrode mit eingebetteten Diamantpartikeln. Des Weiteren offenbart die Druckschrift DE 101 48 831 A1 eine Bauteiloberfläche mit reibungserhöhenden Partikeln in einer Matrix beschichtet, wobei die Matrix eine obere und eine untere Schicht umfaßt und die untere Schicht eine für eine reibungserhöhende Fixierung übliche metallische Bindephase ist und die obere Schicht eine weitere metallische Bindephase mit einer Dicke von 40 bis 60% des mittleren Durchmessers der Partikel ist. Die Partikel haben hierbei vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 5 µm bis 35 µm. Ferner sind aus der DE 2622893 A1 harte, abriebfeste Überzüge auf Metallsubstraten aus einer Mischung aus Teilchen aus einer Nickellegierung und Teilchen auf Wolframcarbidbasis bekannt. Weiterhin offenbart die DE 2538967 A1 ein Verfahren zum Verbinden eines Granulats mit einer Metalloberfläche, wobei das Granulat durch Plasmaspritzen aufgebracht wird. Des Weiteren offenbart die DE 2425524 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Reibungs- und Scherverbundes zwischen hochzugfesten siebendrähtigen Litzen für Spannbeton und Kontaktflächen an diese aufnehmenden Klemmkörpern, wobei für die Kontaktflächen ein Material mit geringerer Oberflächenhärte als die der Litzendrahtoberflächen verwendet wird und zwischen den Litzen und den Kontaktflächen ein Granulat angeordnet wird, dessen Körner härter als die Litzendrahtoberflächen sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Beschichtungsanordnung zu schaffen, mit der insbesondere hohe Haftbeiwerte erzielbar sind.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Insbesondere dadurch, dass die Oberfläche des Beschichtungsträgers derart beispielsweise durch ein Schleifen ausgebildet ist, dass die furchenartigen Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner 10 % und/oder einer Öffnungsweite kleiner 15 % der Beschichtungsdicke ausgebildet sind, wird eine optimale Haftung für die Beschichtung sichergestellt und gleichzeitig verhindert, dass Partikel derart sozusagen in Vertiefungen verschwinden, dass sie nicht zur Reibungserhöhung der Beschichtungsanordnung beitragen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung aus galvanisch aufgebrachtem Nickel ausgebildet, so dass für den Beschichtungsträger gleichzeitig eine exzellente Schutzschicht gegen Korrosion verursachende und andere Umwelteinflüsse erzeugt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Beschichtungsträger mit einer größeren Mohshärte und/oder einer größeren Zugfestigkeit als ein Gegenelement, gegen das die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vorgesehen ist, ausgebildet, so dass sich wunschgemäß die über die Beschichtung hinausragenden Bereiche der Partikel in das Gegenelement eindrücken und die Beschichtung unterhalb der Partikel sowie die Bereiche des Beschichtungsträgers unterhalb der Partikel gegenüber dem Eindrücken in das Gegenelement nur geringfügig verformt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 ein lochscheibenartiges Bauelement auf dem eine Beschichtung aufgebracht ist und
2 einen prinzipiellen Aufbau der Beschichtung aus 1.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein lochscheibenartiges, mit einer Beschichtung versehenes Bauelement. Das lochscheibenartige Bauelement ist dabei in eine Mehrzahl sektorartiger Teilelemente 50 unterteilt, wobei jedes der Teilelemente 50 drei Löcher 52 umfasst. Dabei ist das lochscheibenartige Bauelement zur Verwendung im Bereich einer Wellenkupplung vorgesehen, wobei das lochscheibenartige Bauelement zwischen beispielsweise flanschartig erweiterten Wellenenden zweier miteinander zu verbindender Wellenelemente, beispielsweise einer Hauptwelle einer Hochseewindkraftanlage angeordnet ist. Entsprechend den Löchern 52 des lochscheibenartigen Bauelements sind auch die beiden Flansche der beiden Wellenelemente mit entsprechenden Durchdringungen bzw. Sacklöchern ausgebildet, so dass durch die Löcher 52 hindurch die beiden flanschartigen Wellenenden mit dem dazwischen angeordneten lochscheibenartigen Bauelement miteinander verschraubbar sind. In einer Ausführungsform kann dabei am Umfang des lochscheibenartigen Bauteils eine Kodierung, beispielsweise eine Zahnung, ausgebildet sein, so dass hierüber ein Erfassen einer Wellendrehzahl möglich ist.
Damit die beiden flanschartigen Wellenenden möglichst fest miteinander verbunden sind, ist das lochscheibenartige Bauelement wenigstens an seinen beiden Stirnseiten im Rahmen einer Beschichtungsanordnung mit einer Beschichtung ausgebildet. Eine Prinzipskizze der Beschichtungsanordnung ist dabei in der 2 dargestellt. Das lochscheibenartige Bauelement umfasst dabei einen Beschichtungsträger 10, der aus einem Stahl mit einer Zugfestigkeit in etwa zwischen 600 und 800 MPa ausgebildet ist und eine Mohshärte von 6 aufweist, wobei beispielsweise die Stahlsorte Domex 500 MC verwendet werden kann. Die stirnseitigen Oberflächen des Beschichtungsträgers 10 sind dann derart geschliffen ausgebildet, dass die Oberfläche eine Rauhigkeit von R_a ≤ 0,2 µm aufweist und die durch das Schleifen verursachten furchenartigen Vertiefungen 12 gegenüber einer, die jeweilige Vertiefung 12 umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner gleich 4 µm und einer Öffnungsweite kleiner gleich 6 µm ausgebildet sind.
Auf den derart geschliffenen Beschichtungsträger 10 wird daraufhin galvanisch eine Unterbeschichtung 22 aus Nickel mit einer Dicke von ca. 5 µm aufgebracht. Auf diese Unterbeschichtung 22 werden dann Partikel 30 mit einer Mohshärte von 10 und einer mittleren Korngröße von ca. 120 µm, insbesondere rundes oder blockiges Korn eines monokristallinen Diamanten, beispielsweise eines Naturdiamanten aufgelegt. Daran anschließend wird ebenfalls galvanisch eine Oberbeschichtung 24 aus Nickel aufgebracht, so dass die auf der Unterbeschichtung 22 aufgelegten Partikel 30 wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger 10 hin orientierten Bereich von der Oberbeschichtung 24 umschlossen sind. Die Oberbeschichtung 24 wird dabei bis zu einer Dicke von etwa 55 µm aufgetragen, so dass die gesamte Dicke der Beschichtung in etwa der halben mittleren Korngröße entspricht.
Gemäß dem vorausgehend Beschriebenen sind beide Stirnseiten des Beschichtungsträgers 10 entsprechend beschichtet ausgebildet. Die beiden flanschartigen Wellenenden der beiden Wellenelemente sind dabei aus einem Material ausgebildet, das sowohl hinsichtlich Mohshärte als auch Zugfestigkeit kleinere Werte aufweist als der Beschichtungsträger 10, wobei die Wellenenden insbesondere aus einem Grauguss, beispielsweise GG 40.3 mit einer Zugfestigkeit im Bereich zwischen 400 und 500 MPa und einer Mohshärte von 5 ausgebildet sind. Die zum Anliegen am lochscheibenartigen Bauelement vorgesehenen Flanschflächen sind dabei mit einer Rauhigkeit R_a im Bereich zwischen 0,5 bis 1,5 µm ausgebildet.
Werden nunmehr die beiden Wellenenden mit dem dazwischen angeordneten lochscheibenartigen Bauelement miteinander fest verschraubt, so drücken sich beim Verschrauben die Diamantpartikel 30 derart in den Grauguss ein, dass das lochscheibenartige Bauelement mit den Wellenenden ineinandereingreifend verbunden ist. In Richtung des lochscheibenartigen Bauelements findet beim Verschrauben lediglich ein leichtes Zusammendrücken der unter dem jeweiligen Diamantkorn 30 angeordneten Unterbeschichtung 22 und dem darunter angeordneten Beschichtungsträgerbereich statt. Mit besonderem Vorteil sind beim vorausgehend Beschriebenen Reibwerte größer 0,8 realisierbar. Weiterhin stellt die Nickelbeschichtung gleichzeitig einen exzellenten Korrosionsschutz für den Beschichtungsträger 10 aus Stahl dar, so dass das lochscheibenartige Bauelement auch gegen widrigste Witterungsbedingungen sicher geschützt ist.
Mit weiterem Vorteil lässt sich bei Einsatz der vorausgehend beschriebenen Beschichtung gegenüber konventionellen Verbindungen bei gleicher Festigkeit der Verbindung beispielsweise eine Schraubenanzahl reduzieren.

Claims

Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen gegen ein Gegenelement, umfassend folgende Merkmale: – Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 9 und einer vorgebbaren mittleren Korngröße, – eine Beschichtung mit einer Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße, wobei die Dicke der Beschichtung zwischen 45 und 75 µm ausgebildet ist, – ein Beschichtungsträger mit einer Vertiefungen umfassenden Oberfläche, wobei ein Anteil größer 85 % der Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet ist, – die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht und umschließt die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger hin orientierten Bereich und – die Beschichtungsanordnung ist auf wenigstens einer Stirnseite eines lochscheibenartigen Bauelements, das zum Einsatz in einer starren Wellenkupplung ausgebildet ist, aufgebracht.
Beschichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Anteil größer 99 % der Vertiefungen entsprechend ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vertiefungen mit einer Tiefe kleiner gleich 6 µm, insbesondere kleiner gleich 4 µm ausgebildet sind.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vertiefungen mit einer Öffnungsweite kleiner 8 µm, insbesondere kleiner gleich 6 µm ausgebildet sind.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberfläche des Beschichtungsträgers mit einer Rauhigkeit R_a ≤ 0,2 µm ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Beschichtungsträger mit einer Mohshärte größer gleich 5, insbesondere 6 ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Beschichtungsträger aus einem Stahl mit einer Zugfestigkeit zwischen 600 und 800 MPa ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberfläche des Beschichtungsträgers geschliffen ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beschichtung bei noch nicht gegen das Gegenelement gepresster Beschichtungsanordnung eine auf die Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebrachte unter Beschichtung mit einer Dicke kleiner 10% der Dicke der Beschichtung umfasst, auf die Unterbeschichtung die Partikel aufgelegt sind, und zum Komplettieren der Beschichtung auf die Unterbeschichtung eine Oberbeschichtung aufgebracht ist.
Beschichtungsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Unterbeschichtung mit einer Dicke von 5 µm ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Unter- und/oder die Oberbeschichtung Nickel umfassen.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Unter- und/oder die Oberbeschichtung galvanisch aufgebracht sind.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Unter- und die Oberbeschichtung materialeinheitlich ausgebildet sind.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Partikel mit einer Mohshärte von 10 ausgebildet sind.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Partikel rundes oder blockiges Korn eines monokristallinen Diamanten umfassen.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Gegenelement mit einer Mohshärte von 5 ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Gegenelement Grauguss mit einer Zugfestigkeit zwischen 400 bis 500 MPa umfasst.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Gegenelement mit einer Härte und/oder Zugfestigkeit kleiner der des Beschichtungsträgers ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Bauelement in eine Mehrzahl sektorartiger Teilelemente unterteilt ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Bauelement mit einer Mehrzahl axialer Durchdringungen für ein Durchführen von Befestigungsmitteln ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Bauteil am Umfang mit einer Kodierung für ein Erfassen einer Wellendrehzahl ausgebildet ist.
Beschichtungsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Kodierung eine Zahnung umfasst.