Bezeichnung der Erfindung

Nano-Kompositmaterialien in einer Gleitlagerschicht

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen, insbesondere von Gleitlagern.

Es ist der Anmelderin bekannt, Gleitbeläge für beispielsweise Gleitlager oder Reib- und Bremsbeläge aus Harz mit unterschiedlichen Stoffen zu füllen. Beispielsweise werden einem flüssigen Harz Füllungen mit Mikropulvem oder Faserverstärkungen für eine Verbesserung der Gleiteigenschaften, der Verschleiß- und Korrosionsfestigkeiten oder der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beigemischt.

An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass derartige Füllstoffe im Mikrometerbereich zwar lokal auf Mikroebene die mechanischen und physikalischen Eigenschaften verbessern, jedoch eine Un- gleichmäßigkeit auf Mikroebene bestehen bleibt. Daraus können nachteilig ungünstige Reibwerte, ein höherer Verschleiß und eine niedrigere Dauerfestigkeit resultieren, da Mikrofüllung oft mechanische Risse verursachen, da sie als sogenannte Risskeime auftreten können.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen anzugeben, wobei die Beschichtung eine verbesserte Gleiteigenschaft, eine

verbesserte Verschleißfestigkeit, eine verbesserte Dauerfestigkeit und/oder eine verbesserte Haftfestigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Beschichtung mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die Beschichtung aus einem Grundmaterial und aus mindestens einem, in Abhängigkeit der gewünschten Verschleiß-, Gleit- und/oder Hafteigenschaften der Beschichtung ausgewähltem Nanomaterial besteht.

Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen den Vorteil auf, dass sich durch das bzw. die hinzugefügten Nanomatehalien die Homogenität der Gleitlager über die Lebensdauer verbessert einstellen lässt. Die Nanomatehalien weisen zumindest teilweise vollständig andere mechanische und physikalische Eigenschaften als die üblichen Materialien mit der gleichen chemischen Zusammensetzung auf. Dadurch lassen sich durch das Hinzufügen des bzw. der Nanomatehalien vollständig neue Eigenschaften an dem Gleit- bzw. Reibkontakt einstellen. Außerdem lässt sich auf Grund des vergrö- ßerten Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen bei Nanomatehalien die Masse der hinzugefügten Partikel erheblich reduzieren.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine verbesserte Gleichmäßigkeit auf der mikroskopischen Ebene durch das Hinzufügen des bzw. der Nanomatehalien erreicht wird. Eine wesentliche höhere makroskopische Verschleißbeständigkeit, niedrigere oder gezielt höhere Reibung in Gleitbelägen, längere Lebensdauer, eine Vermeidung von Stick-Slip- Effekten, oder dergleichen können gezielt durch geeignete Auswahl des oder der Nanomatehalien erreicht werden. Auch physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische oder elektrische Leitfähigkeit, optische und magnetische Eigenschaften, oder dergleichen, lassen sich auf analoge Weise durch eine geeignete Auswahl des oder der Nanomaterialien gezielt einstellen.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Beschichtung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Grundmaterial aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem Harz. Als besonders geeignetes Harzmaterial hat sich Epoxidharz herausgestellt. Auch andere Harzarten, wie beispielsweise Phenolharze haben sich als besonders geeignet erwiesen. Das Harz liegt vorzugsweise in flüssiger Form vor, sodass das bzw. die ausgewähl- ten Nanomatehalien dem flüssigen Harz beigemischt werden können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht das mindestens eine Nanomatehal aus Graphit, Molybdändisulfid und/oder aus einem organischen Stoff, wie beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, zur Verbesserung der Gleit- eigenschaften der Beschichtung. Das Nanomaterial wird vorzugsweise wiederum dem flüssigen Kunststoff bzw. dem flüssigen Harz beigemischt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das mindestens eine Nanomaterial aus mindestens einer Keramik zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften der Beschichtung. Die ausgewählte bzw. ausgewählten Keramiken werden beispielsweise als Nanopulver einem flüssigen Grundmaterial, beispielsweise einem flüssigen Harz, beigemischt.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Beschichtung in un- terschiedlichen Schichttiefen unterschiedliche Nanomatehalien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften auf. Dadurch weist beispielsweise die Beschichtung an der Oberfläche ein Nanomaterial mit besonders geeigneten Gleiteigenschaften und in einer darunter liegenden Schichttiefe ein Nanomaterial mit besonders geeigneten Verschleißbeständigkeiten zum Erzielen einer hohen Dau- erfestigkeit der Beschichtung auf. Die einzelnen Materialien und Schichttiefen sowie Zusammensetzungen und Materialverhältnisse sind an die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung in den unterschiedlichen Schichttiefen anzu-

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das mindestens eine Nanomatehal aus einem chemisch und/oder physikalische behandel- baren Nanomatehal zur Veränderung beispielsweise der Bindungseigenschaften, der Oberflächeneigenschaften oder dergleichen. Dadurch können die einzelnen Nanomaterialien vor einem Hinzufügen zu dem Grundmaterial mit den gewünschten Eigenschaften ausgebildet werden, wodurch nach Einbringung der Nanomaterialien in die vorgesehenen Schichttiefen diese speziell ausge- wählte Eigenschaften vorteilhaft aufweisen.

Die Beschichtung weist beispielsweise zusätzlich mindestens ein ausgewähltes Mikropulver auf. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, sondern kann bei bestimmten gewünschten Eigenschaften nützlich sein.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert, obwohl es für einen Fachmann offensichtlich ist, dass der vorliegende Erfindungsgedanke nicht auf die wiedergegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern durch den Schutzumfang der Patentansprüche bestimmt ist.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Grundmaterial ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz, in flüssiger Form verwendet.

Dem flüssigen Harz werden anschließend ein oder mehrere Nanomaterialien derart beigemischt, dass die Beschichtung bestehend aus dem Grundmaterial Harz und dem bzw. den beigemischten Nanomaterialien vorbestimmte Gleiteigenschaften, Verschleißeigenschaften und/oder Haftfestigkeitseigenschaften aufweist. Die beigemischten Nanomaterialien können ganz unterschiedliche chemische und werkstoffliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise sind für die Verbesserungen der Gleiteigenschaften Nanomaterialien aus Gra-

phit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen oder andere chemische Zusammensetzungen vorteilhaft. Zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit können beispielsweise Nanomatehalien aus Keramiken verwendet werden. Metallische Nanomaterialien, wie beispielsweise Metalloxide werden vorteilhaft dem flüssigen Harz beigemischt, um die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die elektrische und thermische Leitfähigkeit, optische oder magnetische Eigenschaften, Klebefestigkeiten, Oberflächenaffinitäten oder dergleichen gezielt einzustellen.

Die beigemischten Nanomaterialien können beispielsweise vor der Beimischung mittels geeigneter Verfahren vorbehandelt werden. Dadurch können neben dem Einsatz von chemisch reinen Nanomaterialien auch chemisch und/oder physikalisch modifizierte Materialien eingesetzt werden. Vorteilhaft werden die Nanomaterialien chemisch, beispielsweise mittels Säuren, Laugen, Salzen oder dergleichen, oder physikalisch, beispielsweise mittels einer radioaktiven Bestrahlung, einer Magnetisierung oder dergleichen, vor der Beimischung geeignet behandelt. Dadurch können beispielsweise gezielte chemische Bindungen zwischen den Nanoteilchen und dem Grundmaterial, hydrophobe oder hydrophile Oberflächen für eine entsprechende Benetzbarkeit mit einem etwai- gen Schmierstoff oder andere Effekte erzielt werden.

Des Weiteren können zusätzlich zu dem oder den Nanomaterialien auch geeignete Mikromatehalien, insbesondere Mikropulver, dem flüssigen Harz beigemischt werden, um speziell gewünschte Materialeigenschaften der Beschich- tung zu erreichen.

Die oben genannten Nanomaterialien können entweder alleine oder in vorbestimmten Mischverhältnissen zusammen oder in jeglicher erdenkbaren Kombination dem Grundmaterial beigemischt werden, in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Eigenschaften der hergestellten Beschichtung.

Insbesondere bei Beschichtungen von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen bzw. bei Gleitlagern sind Beschichtungen vorteilhaft, welche in verschiedenen Schichttiefen unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise ist für die Oberflächenschicht eine hohe Verschleißbeständigkeit mit einem geringen Abrieb gewünscht, sodass mittels mehrerer aufeinander folgender Verfahren dem Grundmaterial in der oberen Schichttiefe beispielsweise ein Nanokeramikpulver hinzugefügt wird, welches eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist. Ferner kann der Schichtoberfläche auch ein Nanopulver bestehend aus Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen beigemischt werden, um die Gleiteigenschaften der oberen Schicht der Beschichtung zu verbessern.

Dies ist lediglich als exemplarische Ausführung zu verstehen, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass verschiedene Nanomaterialien mittels verschiedener Verfahren in die einzelnen Schichttiefen der Beschichtung zum Erzielen vorbestimmter Materialeigenschaften dieser Schichttiefen einbringbar sind.

Somit schafft die vorliegende Erfindung eine Beschichtung, welche eine gegenüber den bekannten Ansätzen verbesserte Gleichmäßigkeit auf mikroskopischer Ebene aufweist. Ferner wird eine Beschichtung mit einer wesentlich höheren mikroskopischen Verschleißbeständigkeit, mit einer niedrigeren oder gezielt höheren Reibung in Reib- und Bremsbelägen, mit einer längeren Lebens- dauer und ohne Stick-Slip-Effekten erreicht. Die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische und elektrische Leitfähigkeit, optische und magnetische Eigenschaften, oder dergleichen, lassen sich auf die oben beschriebene Weise gezielt einstellen. Insbesondere können auch verschiedenen Schichttiefen der Beschichtung durch gezieltes Einbringen von vorbestimmten Nanomaterialien mit bestimmten Eigenschaften in diese Schichttiefen mit vorbestimmten Eigenschaften ausgeildet werden.

Zudem lässt sich mit Hilfe von Nanofüllstoffen auch die Homogenität von Gleitlagern über die Lebensdauer besser steuern, wobei die Menge an Füllstoffen reduziert werden kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.