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Die Erfindung betrifft ein Lacksystem
als Oberflächenschicht
für Substrate
gemäß den im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 bzw. 2 genannten Merkmalen und ein Verfahren
zum Herstellen des Lacksystems gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
24 näher
definierten Art.
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In der Praxis stellen Reibung und
daraus resultierender Verschleiß an
Bauteilen für
viele technische Anwendungen begrenzende Faktoren bezüglich einer
Lebensdauer von technischen Anlagen oder der Bandbreite von Anwendungsmöglichkeiten dar.
Um die Lebensdauer von Bauteilen zu verbessern sowie die Beschränkungen
der Anwendungsmöglichkeiten
zu reduzieren, ist dazu übergegangen worden,
Bauteile mit geeig neten Schmiermitteln zu schmieren oder an ihrer
Oberfläche
mit festhaftenden und reibvermindernden Verschleißschutzschichten
zu versehen. Derartige Verschleißschutzschichten stellen an
sich bekannte Gleitlackbeschichtungen, galvanische oder chemische
Metallbeschichtungen, wie beispielsweise Hartchrom, und auch diamantartige
Kohlenstoffschichten (DLC) dar. Zusätzlich ist es auch bekannt,
als keramische Beschichtungen ausgeführte Verschleißschutzschichten
mittels verschiedener physikalischer und/oder chemischer Verfahren
auf Oberflächen
von auf Reibung beanspruchten Bauteilen aufzutragen.
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Durch die Verwendung von Gleitlackbeschichtungen
für reibbeanspruchte
Bauteile wird die Reibung im Bereich von Reibflächen reduziert und damit ein
Verschleiß durch
Abrieb minimiert. Die zur Herstellung der Gleitlackbeschichtungen
verwendeten Gleitlacke bestehen in der Regel aus einem organischen
Filmbildner sowie aus einem Schmierstoff, der nach der Trocknung
oder Aushärtung
in dem organischen Filmbildner eingebettet ist. Zusätzlich sind dem
Gleitlack weitere Zusatzstoffe, wie Entschäumer, Verlaufsmittel und auch
andere Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt.
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Die den Lacken zugemischten Schmierstoffe sind
u.a. Molybdändisulfid,
Graphit, hexagonales Bornitrid, Polytetrafluorethylen, Polyamid,
Polyethylen, Silikone oder Silikonöle, deren Einsatz im Bereich
der Schmierungstechnik hinlänglich
bekannt ist.
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Ein Reibwert derartiger Gleitlacke,
welcher vorliegend als ein Koeffizient aus der Kraft, die zur Bewegung
eines Bauteiles über
eine Fläche
notwendig ist, und der Normalkraft, mit der das Bauteil auf die
Oberfläche
drückt,
definiert ist, beträgt
für einen Gegenkörper aus
Stahl typischerweise 0,1 bis 0,3. Sind die beiden sich gegenseitig
auf Reibung beanspruchenden Bauteile aus Stahl hergestellt, beträgt der Reibwert
ohne Gleitlackbeschichtung dagegen typischerweise 0,5 bis 0,7.
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Gleitlackbeschichtungen finden insbesondere
dann Anwendung, wenn eine Verwendung von Schmierfetten oder Schmierölen unerwünscht ist,
wie beispielsweise in Anlagen, in welchen hochreine Produkte hergestellt
werden, die durch den Kontakt mit Schmierölen oder Schmierfetten verunreinigt
werden, oder wenn eine dauerhafte Schmierung mit Schmierfetten oder
Schmierölen,
wie beispielsweise in geschlossenen Gehäusen, bei denen eine Nachschmierung
nicht möglich
ist, nicht gewährleistet
ist. Des weiteren werden Gleitlackbeschichtungen für eine Einlaufschmierung
eingesetzt.
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Die verschleißvermindernde Wirkung der Gleitlackbeschichtungen
beruht auf der Tatsache, daß der
organische Filmbildner unter Reibbelastung langsam abgetragen wird
und im Betrieb permanent Schmierstoff gebildet wird. Eine mechanische
Belastbarkeit einer Gleitlackbeschichtung ist im wesentlichen durch
den verwendeten organischen Filmbildner bestimmt.
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Nachteilig dabei ist jedoch, daß eine Gleitlackbeschichtung
bei hoher mechanischer Belastung sehr schnell abgetragen wird, so
daß deren
Schmierwirkung bereits nach kurzer Zeit erheblich reduziert ist
und ein Bauteilverschleiß in
unerwünschtem
Umfang auftritt, der unter Umständen
zu einem Funktionsausfall führen
kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Lacksystem als Oberflächenschicht
für Substrate,
vorzugsweise für
reibbeanspruchte Bauteile zur Verfügung zu stellen, mittels welchem
ein Reibwert herabgesetzt wird und das gleichzeitig für das beschichtete
Bauteil eine hohe Verschleißbeständigkeit
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem
Lacksystem gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2 sowie mit einem
Verfahren zum Herstellen eines Lacksystems als Oberflächenschicht
gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 24 gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem wird
einerseits eine Reibung zwischen zwei Bauteilen verringert und gleichzeitig
ein Bauteilverschleiß des
mit dem Lacksystem beschichteten Bauteiles vermieden, da das Lacksystem
selbst bei hohen mechanischen Belastungen durch eine hohe Verschleißbeständigkeit
gekennzeichnet ist.
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Dies wird dadurch erreicht, daß auf einem Bauteil
bzw. auf einem Substrat eine Lackschicht vorgesehen ist, die ein
Konzentrationsgefälle
der Zusatzstoffe aufweist, wobei eine Konzentration an verschleißbeständigem Zusatzstoff
von der bauteiloberflächenzugewandten
Seite in Richtung der bauteiloberflächenabgewandten Seite abnimmt
und eine Konzentration des reibungsvermindernden Zusatzstoffes ausgehend
von der bauteiloberflächenzugewandten
Seite in Richtung der bauteiloberflächenaugewandten Seite zunimmt.
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Dabei ist besonders von Vorteil,
daß der
Aufbau des Lacksystems bzw. der Gleitlackbeschichtung aus einem
Filmbildner, einem verschleißbeständigen Zusatzstoff
und einem reibungsvermindernden Zusatzstoff mit den vorbeschriebenen
Konzentrationsprofilen selbst bei hohen mechanischen Belastungen dauerhafte
Gleiteigenschaften in Verbindung mit einer guten Verschleißbeständigkeit
gewährleistet,
da ein sogenanntes Herausreiben des reibungsvermindernden Zusatzstoffes
aus dem das Matrixmaterial darstellenden Lack durch das Vorhandensein des
verschleißbeständigen Zusatzstoffes
herabgesetzt ist bzw. gänzlich
vermieden wird.
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Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung des
Lacksystems als Oberflächenschicht für Substrate,
insbesondere als Gleitlackbeschichtung für reibbeanspruchte Bauteile,
ist es vorgesehen, daß wenigstens
zwei Lackschichten übereinander
auf der Substratoberfläche
angeordnet sind, wobei eine bauteiloberflächenseitige Lackschicht mit verschleißbeständigem Zusatzstoff
befüllt
ist und eine bauteiloberflächenabgewandte
Lackschicht, welche auf der bauteiloberflächenseitigen Lackschicht angeordnet
ist, mit einem reibungsvermindernden Zusatzstoff befüllt ist.
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Dieses alternativ ausgeführte erfindungsgemäße Lacksystem
gewährleistet
ebenfalls, daß die bauteiloberflächenabgewandte
Lackschicht selbst bei hohen mechanischen Belastungen eine gegenüber aus
der Praxis bekannten Gleitlackschichten deutlich verbesserte Abriebsbeständigkeit
bei gleichzeitig niedrigem Reibwert aufweist. Damit ist für ein mit
dem erfindungsgemäßen Lacksystem
beschichtetes Bauteil sowie für
einen mit dem Bauteil in Reibkontakt stehenden Gegenkörper über eine
lange Zeit ein guter Verschleißschutz
auch unter Betriebsbedingungen gewährleistet, bei welchen die
aus der Praxis bekannten Gleitlackbeschichtungen bereits nach kurzen
Betriebszeiten keine ausreichende Beständigkeit aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
des Lacksystems nach der Erfindung mit zwei Lackschichten ist es
vorgesehen, daß die
bauteiloberflächenseitige
Lackschicht zusätzlich
mit reibungsverminderndem Zusatzstoff und/oder die bauteiloberflächenabgewandte
Lackschicht zusätzlich
mit verschleißbeständigem Zusatzstoff
befüllt
ist.
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Somit sind die reibungsvermindernden
sowie die verschleißbeständigen Eigenschaften
des erfindungsgemäßen Lacksystems
an den jeweilig vorliegenden Anwendungsfall bedarfsgerecht anpaßbar bzw.
einstellbar. Die Reibungsverminderung als auch die Verschleißbeständigkeit
des Lacksystems werden durch das zusätzliche Beimischen eines reibungsvermindernden
oder eines verschleißbeständigen Zusatzstoffes
gezielt weiter verbessert, womit eine Anwendungsbreite von mit dem
erfindungsgemäßen Lacksystem
beschichteten Bauteilen erweitert und deren Lebensdauer vorteilhafterweise
weiter erhöht
wird.
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Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen des erfindungsgemäßen Lacksystems,
mittels welchem auf einem Bauteil wenigstens eine Lackschicht hergestellt
wird, die aus einem Lack, der mit einem wenigstens reibungsvermindernden
Zusatzstoff befüllt
ist, und einem Lack, der mit einem wenigstens verschleißbeständigen Zusatzstoff
befüllt
ist, aufgebaut ist, wird eine in Bezug auf eine Konzentration der
Zusatzstoffe graduelle Lackschicht auf einem Bauteil erzeugt, welche
auf ihrer bauteilabgewandten Seite einen geringen Reibwert aufweist
und auf ihrer bauteilzugewandten Seite durch eine hohe Verschleißbeständig keit
gekennzeichnet ist. Damit wird einerseits eine Reibung zwischen
dem beschichteten Bauteil und einem Gegenkörper herabgesetzt und andererseits
ein Verschleiß des
beschichteten Bauteiles sicher vermieden, da ein im Vergleich zu
bekannten Gleitlackbeschichtungen reduzierter Abtrag des erfindungsgemäßen Lacksystems
aufgrund der verbesserten Verschleißbeständigkeit der aufgebrachten
Lackschicht in bauteiloberflächennahen
Bereichen auftritt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung,
der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand zweier stark schematisierter Darstellungen
eines erfindungsgemäßen Lacksystems
als Oberflächenschicht
auf einem Substrat bzw. einem Bauteil gezeigt, welche in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert
werden. Es zeigen
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1 eine
Prinzipskizze eines als Einschicht-Lacksystem ausgeführten Lacksystems
gemäß der Erfindung
mit einer Lackschicht; und
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2 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Lacksystems als Oberflächenschicht
eines Substrates, wobei das Lacksystem als Mehrschicht-Lacksystem
mit zwei Lackschichten ausgeführt
ist.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Bezug nehmend auf 1 ist ein Lacksystem 1 dargestellt,
welches aus nur einer Lackschicht 1A aufgebaut ist. Die
Lackschicht 1A ist vorliegend durch ein Aufsprühverfahren
auf einem Substrat 2 aufgebracht, anschließend thermisch
ausgehärtet und
somit als festhaftende Oberflächenschicht
auf dem Substrat bzw. Bauteil 2 angeordnet. Während des
Aufsprühens
werden zwei mit unterschiedlichen Zusatzstoffen befüllte Lacke
mit zeitlich sich gesteuert ändernden
Mengenverhältnissen
kontinuierlich einer Aufsprüheinrichtung 3 zugeführt, in
dieser vor dem Auftragen gemischt und anschließend kontinuierlich auf das
Substrat aufgesprüht.
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Somit ist die Oberfläche des
Substrats 2 mit einer Lackschicht beschichtet, die von
einer bauteiloberflächenzugewandten
Seite der Lackschicht 1A, d. h. der Oberfläche des
Substrates 2, bis hin zu einer bauteiloberflächenabgewandten
Seite der Lackschicht 1A, d. h. auf der dem Substrat 2 abgewandten
Seite der Lackschicht 1A, jeweils ein in 1 dargestelltes Konzentrationsprofil 4 eines
reibungsvermindernden Zusatzstoffes und ein Konzentrationsprofil 5 eines
verschleißbeständigen Zusatzstoffes
aufweist.
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Die in 1 dargestellten
Konzentrationsprofile 4, 5 der Zusatzstoffe der
Lackschicht 1A sind lediglich qualitativ und werden in
Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles über die jeweils der Aufsprüheinrichtung 3 gesteuert
zugeführten
Anteile der beiden Lacke während
des Aufsprühens
bedarfsgerecht eingestellt. Dabei ist einer der beiden der Aufsprüheinrichtung 3 zugeführten Lacke mit
ei nem reibungsvermindernden Zusatzstoff und der andere Lack mit
einem verschleißbeständigen Zusatzstoff
mit einem vordefinierten Befüllgrad
befüllt.
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Um eine gute Verschleißbeständigkeit
sowie eine gewünschte
Herabsetzung des Reibungskoeffizienten der Lackschicht 1A auf
seiner bau-teiloberflächenabgewandten
Seite zu erreichen, weist die Lackschicht 1A in substratnahen
Bereichen eine hohe Konzentration an verschleißbeständigem Zusatzstoff sowie eine
geringe Konzentration an reibverminderndem Zusatzstoff auf.
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Alternativ kann es auch vorgesehen
sein, daß der „reibvermindernde" Lack mit mehreren
reibungsvermindernden Zusatzstoffen und/oder der „verschleißbeständige" Lack mit mehreren
verschleißbeständigen Zusatzstoffen
befüllt
ist.
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Die der Aufsprüheinrichtung 3 zugeführten Anteile
der beiden Lacke werden während
des Auftragvorganges der Lackschicht 1A auf dem Substrat 2 derart
gesteuert verändert,
daß eine
Konzentration des verschleißbeständigen Zusatzstoffes
in der Lackschicht 1A mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des
Substrates 2 abnimmt und die Konzentration des reibungsvermindernden
Zusatzstoffes gleichzeitig in der vorgenannten Richtung zunimmt, so
daß einerseits
in bauteiloberflächennahen
Bereichen des Lacksystems eine hohe Verschleißbeständigkeit und andererseits eine
Reibungsverminderung in bauteiloberflächenfernen Bereichen des Lacksystems
wirkungsvoll erreicht wird.
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In 2 ist
ein zu 1 alternatives
Lacksystem 1 dargestellt, welches auf einem Substrat 2 als
Oberflächenschicht
angeordnet ist. Das Lacksystem 1 gemäß 2 besteht aus einer ersten Lackschicht 1A und
einer zweiten Lackschicht 1B, wobei die erste Lackschicht 1A auf
der Oberfläche
des Substrates 2 und die zweite Lackschicht 1B auf
der ersten Lackschicht 1A angeordnet ist. Die beiden Lackschichten 1A und 1B werden
mittels herkömmlicher Lakkiertechnik
aufgetragen. Die Schichtdicke der Lackschichten 1A und 1B kann
in Abhängigkeit
des Anwendungsfalles z. B. jeweils zwischen 10 μm und 100 μm betragen.
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Zunächst wird die Lackschicht auf
der Oberfläche
des Substrates 2 aufgebracht. Nach dem Auftragen der Lackschicht 1A besteht
die Möglichkeit, diese
zu trocknen und dabei die Lösungsmittel
aus der Lackschicht 1A zu entfernen. Daran anschließend wird
die Lackschicht 1B ebenfalls mit einer Schichtdicke im
Bereich von 10 μm
bis 100 μm
auf die Lackschicht 1A aufgebracht. Nach dem Auftragen
der Lackschicht 1B wird das Lacksystem 1 thermisch
ausgehärtet,
wobei dem Aushärteprozeß noch eine
Trockenphase der Lackschicht 1B vorgeschaltet sein kann.
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Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein,
daß die
Lackschicht 1B auf die nach dem Auftragen der Lackschicht 1A noch
nasse, nicht getrocknete Lackschicht 1A aufgebracht wird,
und das Lacksystem 1 nach dem Auftragen der Lackschicht 1B thermisch
ausgehärtet
wird, wobei vor dem Aushärten
noch eine Trocknungsphase des Lacksystems vorgesehen werden kann.
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Die Lacksysteme 1 gemäß 1 und 2 stellen thermisch härtende Lacksystem dar, welche wie
vorbeschrieben entweder aus einer Lackschicht oder aus mehreren übereinander
angeordneten Lackschichten aufgebaut sind. Insbesondere bei der letztgenannten
mehrlagigen Ausführung
eines Lacksystems nach der Erfindung besteht vorteilhafterweise
die Möglichkeit, über die
Kombination von Füllstoffen
der einzelnen Lagen die Eigenschaften des gesamten Lacksystems auf
die jeweils vorliegenden Anwendungsfälle hin genau einzustellen.
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Jede Lackschicht eines Lacksystems
wird mittels an sich bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise
Sprühen,
Tauchen, Rakeln, Drucken oder Dosieren schnell und einfach auf eine
Substrat- bzw. Bauteiloberfläche
appliziert. Dadurch sind selbst bei zu beschichtenden Bauteilen
mit komplexer Bauteilgeometrie meist keine allzu großen apparativen
Anforderungen erforderlich.
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Ein Volumengehalt der Zusatzstoffe
bzw. Füllstoffe
der Lackschicht 1A des Lacksystems gemäß 1 oder der Lackschichten 1A, 1B des
Lacksystems 1 gemäß 2 beträgt je nach Anwendung, eingesetztem
Material der Zusatzstoffe, des Substrats sowie der Lacke und den
Partikelgrößen der
Zusatzstoffe zwischen 10 Vol.-% und 90 Vol.-%, wobei die Partikelgrößen der
Zusatzstoffe im wesentlichen in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff
sowie des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles vorgegeben werden
können.
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Die Partikelgrößen bzw. die mittleren Durchmesser
(D50) bei den als keramische Füllstoffe
ausgeführten
verschleißbe ständigen Partikel
liegen zwischen 0,2 μm
und 50 μm,
vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 μm und 30 μm.
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Mit als Polymerpartikel oder anorganische Trockenschmierstoffe
ausgeführten
reibvermindernden Zusatzstoffen werden Bekannterweise Reibwerte
eines Lacksystems reduziert und eingestellt, wobei die mittleren
Partikeldurchmesser derartiger reibvermindernder Zusatzstoffe vorliegend
zwischen 1 μm bis
100 μm betragen.
Des weiteren besteht die Möglichkeit,
einem Lack metallische Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser
von 1 μm
bis 50 μm zuzugeben,
mit welchen insbesondere elektrische Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lacksystems eingestellt
werden.
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Als die Verschleißbeständigkeit der Lacksysteme 1 verbessernde
Zusatzstoffe sind u. a. Keramikpartikel, wie beispielsweise Al2O3, SiC, AlN, TiN,
oder Glas oder eine Mischung daraus, sowie Metallpartikel, wie beispielsweise
W oder Cu, besonders geeignet.
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Um eine Reibungsverminderung zu erreichen,
ist wenigstens eine Oberflächen-Lackschicht des
Einschicht-Lacksystems gemäß 1 oder auch des Mehrschicht-Lacksystems
gemäß 2 mit reibungsvermindernden
Zusatzstoffen oder Polymerpartikeln, wie beispielsweise Polyethylen,
Polyamid oder Polytetrafluorethylen, und/oder mit Trockenschmierstoffen,
wie beispielsweise Graphit oder MoS2, befüllt.
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Das bedeutet, daß durch den Zusatz der vorgenannten
Füllstoffpartikel
zu den „reinen" Lacken, die Reibeigenschaften
und auch die Verschleißbeständigkeit
des erfindungsgemäßen Lacksystems auf
eine Güte
eingestellt werden können,
die zwischen herkömmlichen
Gleitlacken und metallischen bzw. keramischen Hartstoffbeschichtungen
von Bauteilen angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lacksystem besteht
alternativ oder auch in Kombination die Möglichkeit, die Lackschicht
eines Einschicht-Lacksystems oder die verschiedenen Lackschichten
eines Mehrschicht-Lacksystems mit unterschiedlichen Zusatzstoffen
zu befüllen,
die einzelnen Befüllgrade
der Zusatzstoffe in den Lacken bedarfsgerecht von Lackschicht zu
Lackschicht zu variieren, die Partikelgrößen der Zusatzstoffe in Abhängigkeit
des jeweiligen Anwendungsfalles vorzusehen und entsprechende Konzentrationsprofile
der Zusatzstoffe über
der Schichthöhe
in jeder einzelnen Lackschicht einzustellen.
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So ist es bei dem Ausführungsbeispiel
des in 2 dargestellten
Mehrschicht- bzw. Zweischicht-Lacksystems 1 vorgesehen,
daß in
der der Bauteiloberfläche
zugewandten Lackschicht 1A Keramikpartikel mit Partikeldurchmessern
zwischen 0,3 μm
und 10 μm
und mit einem Füllgrad
zwischen 0,5 Vol.-% und 50 Vol.-% Füllstoff bezogen auf den ausgehärteten Lack
angeordnet sind. Die auf der Lackschicht 1A angeordnete
weitere Lackschicht 1B ist ebenfalls mit einem keramischen
Füllstoff,
wie er auch bei der Lackschicht 1A Anwendung findet, mit einem
Füllgrad
von 0,5 Vol.-% bis 10 Vol.-% sowie einem polymeren Trockenschmierstoff,
wie beispielsweise ultrahochmolekularem Polyethylenpulver mit einer
Partikelgröße zwischen
1 μm und
100 μm und einem
Füllgrad
von 5 Vol.-% bis 50 Vol.-%, befüllt, wobei
der ver schleißbeständige Zusatzstoff
der Lackschicht 1B auch von dem keramischen Füllstoff der
Lackschicht 1A abweichen kann.
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Der Fachmann wird einen zur Herstellung des
Lacksystems verwendeten Lack mit bedarfsgerechten Partikelmischungen
der vorbeschriebenen Zusatzstoffe befüllen, um beliebige Eigenschaftskombinationen
des Lacksystems einzustellen.
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Dabei sind neben einer Reduzierung
der Reibung sowie einer Erhöhung
der Verschleißbeständigkeit
auch weitere Eigenschaften des Lacksystems nach der Erfindung durch
eine gezielte Auswahl von Zusatzstoffen einstellbar. So kann durch
die Verwendung von SiC und AlN beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit
sowie eine elektrische Isolation des Lacksystems nach der Erfindung
beeinflußt
werden. Wird das Lacksystem beispielsweise mit TiN und/oder verschiedenen
anderen, teilweise vorgenannten Metallpulver befüllt, wird eine Verbesserung der
elektrischen Leitfähigkeit
des Lacksystems erreicht.
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Die Edukte, welche zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Lacksystems
verwendet werden, bieten vorteilhafterweise die Möglichkeit,
das Lacksystem auf einem Substrat mittels herkömmlicher Lackierverfahren,
wie beispielsweise Sprühen
oder Tauchen, aufzutragen und anschließend bei Temperaturen zwischen
40°C und
350°C einzubrennen,
wobei im wesentlichen die Einbrenntemperaturen unterhalb von 200°C liegen,
so daß sowohl
Metalle und Keramiken als auch Polymere beschichtet werden können.
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Eine Grundierung oder ein Auftragen
einer Haftvermittlerschicht auf einer Oberfläche eines mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem
zu beschichtenden Bauteils ist in der Regel nicht erforderlich,
womit das Lacksystem eine kostengünstige, verschleißbeständige und
reibvermindernde Oberflächenschutzschicht
darstellt. Die zu beschichtenden Bauteile müssen somit vor der Beschichtung
lediglich gereinigt und entfettet werden.
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Ist das erfindungsgemäße Lacksystem
als Einschicht-Lacksystem
ausgeführt,
besteht es aus Lacken als Bindematrix, welche organische und/oder metallorganische
Filmbildner ohne Einschränkung bei
der Auswahl der Metallionen aufweisen, mit mindestens einem keramischen
und/oder metallischen, verschleißbeständigen Zusatzstoff bzw. Füllstoff und/oder
mit mindestens einem polymeren oder anorganischen, reibvermindernden
Zusatzstoff, dessen Volumengehalt größer 10 Vol.-% ist und der vorzugsweise
ein Trockenschmierstoff ist.
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Die Lackschicht des Einschicht-Lacksystems weist
dann in der Nähe
des beschichten Substrates eine höhere Konzentration an keramischen
und/oder metallischen Füllstoffpartikeln
als an der substratoberflächenzugewandten
Seite auf und ist an der substratoberflächenabgewandten Seite, d. h.
an der einem Gegenkörper
zugewandten Oberfläche,
mit einer höheren
Trockenschmierstoffkonzentration ausgeführt als an der substratoberflächenzugewandten Seite.
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Ist das erfindungsgemäße Lacksystem
wenigstens als Zweischicht-Lacksystem ausgeführt, ist die dem Substrat zuge wandte
Lackschicht mit einem keramischen und/oder metallischen Füllstoff
und die die Oberflächenschicht
des Lacksystems bildende weitere Lackschicht wenigstens mit einem
polymeren und/oder anorganischen Trockenschmierstoff befüllt, wobei
die Oberflächenschicht
vorzugsweise zusätzlich
mit einem keramischen und/oder metallischem Zusatzstoff befüllt sein
kann. Im Falle, daß die
einem Gegenkörper
zugewandte Oberflächenschicht
des Lacksystems mit einem verschleißbeständigen Zusatzstoff befüllt ist,
ist die Konzentration des verschleißbeständigen Zusatzstoffes in der
substratoberflächenzugewandten
Lackschicht höher
als die Konzentration in der substratoberflächenabgewandten Lackschicht.
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Das erfindungsgemäße Lacksystem ist bei einer
Vielzahl von Verschleißschutzanwendungen auf
Bauteilen und Komponenten aus Leichtmetallen oder Stählen geeignet.
Dabei ist das beschriebene Lacksystem sowohl für großflächige als auch für lokale
Beschichtungen geeignet, womit sich mannigfaltige Anwendungen sowohl
im Automobilbereich als auch im klassischen Maschinenbau ergeben.
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Bei einem in der vorbeschriebenen
Art und Weise ausgeführten
Lack führt
die Kombination aus mit einem Filmbildner, einem verschleißbeständigen Zusatzstoff,
wie Keramikpartikeln, sowie einem reibungsvermindernden Zusatzstoff,
wie einem Trockenschmierstoff, dazu, daß im Vergleich zu bekannten
Gleitlacksystemen eine wesentlich verbesserte mechanische Stabilität und Belastbarkeit
sowie eine gute Korrosions- und Umweltbeständigkeit bei wenigstens gleichbleibender
Reibverminderung erreicht wird. Dies resultiert aus der Tatsache,
daß der
Zusatz von Keramikpartikeln eine Ver stärkung des Filmbildners des
Lackes, der als Matrix für
den eingesetzten Trockenschmierstoff dient, bewirkt.
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Eine besonders hohe mechanische Stabilität und Belastbarkeit
des Lacksystems nach der Erfindung wird dann erreicht, wenn die
keramischen Partikel über
auf ihrer Oberfläche
befindliche Gruppen mit dem Filmbildner des Lacks chemisch vernetzen können oder
von dem Filmbildner besonders gut vernetzt werden. Zur Verbesserung
der mechanischen Stabilität
trägt es
erheblich bei, wenn die keramischen Partikel aufgrund ihrer Oberflächenstruktur den
verwendeten Trockenschmierstoff sehr gut benetzen, so daß sie sich
auf der Oberfläche
des Trockenschmierstoffs ansammeln und an diesem anhaften.
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Somit bewirken die keramischen Partikel
als verschleißbeständige Zusatzstoffe
des Lacks eine hohe Bindung zwischen dem Lack und den Trockenschmierstoffpartikeln,
weshalb diese auch bei hoher mechanischer Reibbelastung durch einen
Gegenkörper
nur schwer aus dem Lack herausgerieben werden können.
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Die für die Vernetzung besonders
vorteilhaften Gruppen auf den Oberflächen der keramischen Partikel
können
entweder auf der Oberfläche
der keramischen Partikel inhärent
vorhanden sein oder in einem vor dem Mischen eines Lacks mit den
keramischen Partikeln vorgeschalteten Vorbehandlungsschritt, z.
B. durch Beschichtung oder chemische oder physikalische Verfahren,
auf den Oberflächen der
Keramikpartikel erzeugt werden.
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Die Lackschicht 1A des Lacksystems 1 der 2 kann beispielsweise aus
einem Hybridpolymer, wie einem Ormocer®, und einem als keramischer
Füllstoff
ausgeführten
verschleißbeständigen Zusatzstoff,
wie SiC ausgeführt
sein. Die zweite, obere Lackschicht 1B kann vorzugsweise
aus einem Hybridpolymer, wie einem Ormocer®, einem keramischen Füllstoff,
wie SiC, sowie einem Trockenschmierstoff, wie ultrahochmolekularem
Polyethylen, zusammengesetzt sein.
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Eine derartig ausgeführte, alleinig
auf einem Bauteil aufgetragene Lackschicht 1A zeigt bei
ca. 50 μm
Dicke unter starker mechanischer Belastung wie einer Schwingverschleiß-Belastung mit 20
N Last einen starken Gegenkörperverschleiß bei einer
Standzeit von 5 bis 10 Minuten auf. Die zweite Lackschicht 1B weist
als Einzelschicht auf einer Bauteiloberfläche bei ca. 50 μm Schichtdicke
einen niedrigen Reibwert auf, wird aber bei einer hohen mechanischen Belastung,
wie beispielsweise bei einem Schwingverschleiß unter 20 N Last, in wenigen
Minuten durchgerieben.
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Ein Lacksystem mit einer Schichtdicke
von etwa 100 μm,
das aus einer Kombination der Lackschichten 1A und 1B besteht,
weist eine wesentlich höhere
Beständigkeit
bei sehr geringen Reibwerten ohne Verschleiß eines Gegenkörpers auf,
wobei die Standzeit des Lacksystems 1 über 120 Minuten beträgt. Wird
das Lacksystem 1 in der gleichen vorbeschriebenen Art und
Weise wie die einzelnen Lackschichten 1A und 1B beaufschlagt,
wird auch vorteilhafterweise eine Zerstörung der zweiten Lackschicht 1B vermieden,
während
diese für
sich alleine ohne die darunter liegende erste Lackschicht 1A schnell zerstört wird.
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Lacke auf Ormocer®-Basis, welchen beispielsweise
SiC-Pulver zugesetzt werden, weisen eine bessere Benetzung von Polyethylen
sowie auch anderer Oberflächen
auf als dies bei Lacken auf Ormocer®-Basis ohne den Zusatz von SiC-Pulver
der Fall ist.
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Somit führt die Kombination aus einem
metallorganischen Filmbildner, einem als keramischer Füllstoff
ausgeführten
verschleißbeständigen Zusatzstoff
und einem als polymerer Trockenschmierstoff ausgeführten reibvermindernden
Zusatzstoff in einem Lacksystem zu einer Gleitlackbeschichtung mit
guten dauerhaften Gleiteigenschaften sowie einer hohen Verschleißbeständigkeit,
mit der ein Verschleiß des
beschichteten Bauteiles sowie eines damit in Reibeingriff stehenden
Gegenkörpers
im wesentlichen vermieden bzw. gegenüber aus der Praxis bekannten
Gleitlackbeschichtungen stark herabsetzt wird.
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Besonders gute Eigenschaften werden
mit einem Lacksystem erreicht, dessen oberste Lackschicht mit 40
Vol.-% an Polyethylen sowie mit 0,5 Vol.-% bis 3 Vol.-%, vorzugsweise
1 Vol.-%, an SiC befüllt
ist. Ein derartiges Lacksystem weist keinerlei Beeinträchtigung
der Gleiteigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Gleitlacken auf und
ist zudem vorteilhafterweise durch eine hohe Verschleißbeständigkeit,
insbesondere bei Druckbelastung sowie bei hoher Flächenpressung,
gekennzeichnet.
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Das Mischen der verschiedenen Zusatzstoffe
erfolgt beispielsweise mit ZrO2-Mahlkugeln,
mit welchen ein Aufbrechen von Agglomeraten erfolgt, was einen hohen
Dispersionsgrad zur Folge hat.
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Alternativ können auch kommerziell erhältliche
Dissolver aus der Farbindustrie eingesetzt werden, die für die Dispergierung
von Farbpigmenten in Lacken eingesetzt werden.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden
Anwendungsfalles werden Lacke auf rein organischer Basis, Lacke
mit metallorganischen sowie organischen Filmbildnern, wie beispielsweise
Nanomere®, oder
Lacke auf rein metallorganischer Basis verwendet, wobei Zusätze von
metallorganischen Filmbildnern zu einer Verbesserung der chemischen
Anbindung von metallischen und keramischen Füllstoffpartikeln an die organische
Matrix des Lacks führen.
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Lacksysteme gemäß der Erfindung können sowohl
für organische
Lösungs-
und Verdünnungsmittel
als auch für
Wasser als Verdünnungsmittel
vergesehen sein, wobei Lacke für
organische Lösungsmittel
mit metallorganischen Filmbildnern, welche mehrheitlich auf Silizium
als metallischer Komponente basieren, besonders vorteilhaft sind.
Des weiteren können
die verwendeten Lacke Zusätze,
wie beispielsweise Entschäumer,
Verlaufsmittel, Katalysatoren und dergleichen, enthalten.