Die Erfindung betrifft ein Gelenklager umfassend ein metallisches erstes Lagerele ment aus Stahl, welches zumindest partiell mittels einer Beschichtung beschichtet ist, und ein metallisches zweites Lagerelement aus Stahl, welches zumindest partiell mit einem PTFE enthaltenden Gleitbelag beschichtet ist.

Gleitlager in Form von Gelenklagern mit dem genannten Aufbau sind hinreichend be kannt. Auf einen Innenring mit einer sphärischen Oberfläche wurden dabei zumeist ei ne Hartchromschicht als Beschichtung aufgebracht, um den Verschleißschutz im Be reich des Gleitkontaktes zwischen Innenring und Außenring zu erhöhen und einen Korrosionsschutz vorzusehen. Zur Herstellung solcher Hartchromschichten sind übli cherweise Chrom(VI)-haltige Elektrolytbäder im Einsatz, die inzwischen unter Um- weltgesichtspunkten als bedenklich eingestuft sind und deren Verwendung verstärkt legislativen Beschränkungen unterliegt.

Es besteht demnach ein Bedürfnis, die Hartchromschicht durch eine umweltfreundli cher herstellbare Beschichtung zu ersetzen.

Die DE 10 2013 225 860 A1 offenbart bereits ein Gleitlager, insbesondere Gelenkla ger, bei dem die Hartchromschicht ersetzt ist, indem ein Innenring aus Stahl, wie 100Cr6, nitrocarburiert wird. Die nitrocarburierte Oberfläche bildet dabei die erste Gleitfläche aus.

Aus der DE 10 2014 107 036 A1 ist ein Gelenklager mit beschichteter Titankugel be kannt. Das Gelenklager umfasst einen in einer Büchse drehbar angeordneten Innen ring, welcher mit einer DLC-Beschichtung versehen sein kann. Zwischen dem Innen ring und der Büchse kann ein Gleitmittel in Form einer Folie angeordnet sein.

Aus der DE 69 330 10 U ist ein Gelenklager bekannt, welches einen Außenring auf weist, in dem eine Hülse schwimmend gelagert ist. Diese Hülse ist einseitig, und zwar auf ihrer dem Außenring abgekehrten Innenseite, mit Polytetrafluorethylen (PTFE) be schichtet.

Die US 2007 / 0 223 850 A1 beschreibt ein Gelenklager, bei welchem ein Lagerele ment aus einer Titanlegierung gebildet ist, die eine PVD-Beschichtung aus TiN auf weist. Das andere Lagerelement weist einen schmierenden Belag enthaltend PTFE auf.

Die DE 10 2015 105 520 A1 offenbart ein Getriebe und ein Verfahren zur Herstellung oder zum Betreiben des Getriebes. Es ist eine beschichtete Anlaufscheibe vorhanden, wobei die Beschichtung eine amorphe Kohlenstoffschicht, zum Beispiel eine

DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht, eine Chromschicht, Schichten, die mittels PVD- Beschichtung aufgetragen werden, kristalline Kohlenstoffschichten und/oder Diamant beschichtungen umfassen kann. Die mittels PVD-Beschichtung aufgetragene Schicht kann dabei TiN, CrN, TiAIN, TiCN, TiSiN, ZrN, und/oder AITiN umfassen.

Die AT 412 284 B beschreibt eine Trägerschicht für ein Lagerelement aus einer Alu miniumknetlegierung. Weiterhin ist ein Lagerelement, insbesondere für ein Gleitlager oder einen Anlaufring, beschrieben, mit einer Stützschale, einer Laufschicht und der zwischen diesen angeordneten Trägerschicht. Die Laufschicht ist als eine Blei-, Zinn-, Wismut-, Indium- oder Kupfer-Basislegierung, als eine Kunststoffschicht, insbesonde re enthaltend Festschmierstoff, oder als ein Gleitlack ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes Gelenklager anzugeben, wobei rationelle, umweltfreundli che Fertigungsmöglichkeiten gegeben sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gelenklager mit den Merkma len des Anspruchs 1 . Das Gelenklager umfasst ein metallisches erstes Lagerelement aus Stahl, welches zumindest partiell mittels einer Beschichtung beschichtet ist, und ein metallisches zweites Lagerelement aus Stahl, welches zumindest partiell mit ei- nem PTFE (Polytetrafluorethylen) enthaltenden Gleitbelag beschichtet ist, wobei die Beschichtung und der Gleitbelag in Gleitkontakt stehen, und wobei die Beschichtung mindestens eine, auf dem ersten Lagerelement mittels eines PVD-, CVD- oder PECVD-Verfahrens abgeschiedene erste Schicht umfasst.

Die mindestens eine erste Schicht ist in einer ersten Ausführungsform als eine oxidi sche, nitridische, oxynitridische oder karbidische Hartstoffschicht ausgebildet und ent hält mindestens eines der Elemente Titan, Aluminium, Chrom, Wolfram und Molyb dän. Vorzugsweise ist die Hartstoffschicht gebildet aus mindestens einem Material der Gruppe umfassend TiN, TiCN, AL ₂ O ₃ , TiAIN, CrN, AICrN, MoN, WC. Auch Mischformen dieser Materialien, optional mit Dotierungen, sind als erste Schicht(en) geeignet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine erste Schicht als eine amorphe Kohlenstoffschicht oder eine Diamantschicht ausgebildet. Dabei kann die amorphe Kohlenstoffschicht (Nomenklatur gemäß VDI2840, Juni 2012) aus wasserstofffreiem amorphen Kohlenstoff ta-C oder a-C gebildet sein. Alternativ kann die amorphe Kohlenstoffschicht aus wasserstoffhaltigem amorphen Kohlenstoff a-C:H gebildet sein. Hier kann auch eine metallische oder nichtmetallische Dotierung vorge sehen sein. Bei einem zur Dotierung eingesetzten Metall handelt es sich zum Beispiel um Wolfram, Titan, Silizium oder Tantal. Eine mit Wolfram dotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C:H:W) oder eine mit Silizium dotierte wasserstoffhalti ge amorphe Kohlenstoffschicht (a-CH:Si) sind bevorzugt. Eine, ein Nichtmetall enthal tende amorphe Kohlenstoffschicht wird bezeichnet als a-C:H:X, wobei X für ein Nichtmetall, wie beispielsweise Stickstoff, steht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine erste Schicht eine metallische Schicht, die aus einem oder mehreren der Metalle umfassend

Chrom, Messing, Bronze, Weißmetall, Kupfer, Zink oder Zinn gebildet ist.

Dabei kann lediglich eine erste Schicht oder eine Kombination aus zwei, drei oder mehr ersten Schichten auf dem ersten Lagerelement angeordnet sein. Teile des Gelenklagers sind also ein erstes Lagerelement, welches - insbesondere mehrlagig - beschichtet ist, sowie ein zweites Lagerelement, welches einen PTFE enthaltenden Gleitbelag aufweist.

Der Gleitbelag ist insbesondere mit dem metallischen zweiten Lagerelement verklebt und mit PTFE-Fasern verstärkt. Als Fasern zur Verstärkung des Gleitbelags kommen generell textile Materialien wie Gewebe, Gewirke, Gestricke und dergleichen zum Ein satz. Neben den PTFE- Fasern können zusätzlich Stützfasern, insbesondere aus ei nem anderen Kunststoff, aus Metall, aus Glas, aus Kohlenstoff oder aus Keramik vor handen sein, wobei diese allein oder in beliebiger Kombination miteinander vorhanden sein können. Der Gleitbelag enthält in bevorzugter Ausgestaltung ein PTFE-Gewebe in einer Harzmatrix.

Alternativ weist der Gleitbelag eine Schicht aus gesinterter Bronze auf, die mit einer PTFE-Schicht versehen ist, so dass im Bereich des Gleitkontakts ein Metall-Polymer- Verbundmaterial vorliegt.

Bei dem ersten Lagerelement kann es sich um den Innenring oder den Außenring ei nes Gelenklagers handeln. So weist bevorzugt der Innenring die Beschichtung und der Außenring den Gleitbelag auf. Aber auch eine inverse Anordnung ist möglich.

Den eingesetzten Abscheideverfahren, wie dem PVD- (physical vapor deposition) Ver fahren, dem PECVD- (plasma enhanced Chemical vapor deposition) Verfahren sowie dem CVD- (Chemical vapor deposition) Verfahren, ist gemeinsam, dass im Gegensatz zur zum Prioritätszeitpunkt mehrheitlich verwendeten Hartverchromung hier die Ver wendung Chrom (Vl)-haltiger Substanzen auf einem Lagerelement vermieden wird.

Erfindungsgemäß umfasst die Beschichtung weiterhin mindestens eine, auf der min destens einen ersten Schicht angeordnete und dem ersten Lagerelement abgewandte weitere Schicht. Die mindestens eine weitere Schicht weist eine, zu einer unmittelbar angrenzenden ersten Schicht unterschiedliche Zusammensetzung auf.

Es hat sich bewährt, wenn die Beschichtung genau eine erste Schicht und genau eine weitere Schicht umfasst. Die Beschichtung kann mit Vorteil aber auch zwei oder drei erste Schichten und genau eine weitere Schicht umfasst.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine weitere Schicht, die an die mindestens eine erste Schicht angrenzt, die dem ersten Lagerelement abgewandt angeordnet ist, eine zweite Schicht bildet, die sich von der angrenzenden ersten Schicht in ihrer Zusammensetzung unterscheidet und entweder mittels eines PVD-, CVD- oder PACVD-Verfahrens gebildet ist und/oder aus einem Gleitlack umfassend PTFE gebildet ist.

Die mindestens eine weitere Schicht ist bevorzugt mittels eines PVD-, CVD- oder PACVD-Verfahrens gebildet und entweder

- als eine oxidische, nitridische, oxynitridische oder karbidische Hartstoffschicht aus gebildet, oder

- als eine amorphe Kohlenstoffschicht oder eine Diamantschicht ausgebildet, oder

- als eine metallische Schicht aus Chrom, Messing, Bronze, Weißmetall, Kupfer, Zink oder Zinn ausgebildet.

Dabei enthält eine weitere Schicht in Form einer oxidischen, nitridischen, oxynitridi- schen oder karbidischen Hartstoffschicht insbesondere mindestens eines der Elemen te Titan, Aluminium, Chrom, Wolfram und Molybdän. Vorzugsweise ist die Hartstoff schicht gebildet aus mindestens einem Material der Gruppe umfassend TiN, TiCN, AL ₂ O ₃ , TiAIN, CrN, AICrN, MoN, WC. Auch Mischformen dieser Materialien, optional mit Dotierungen, sind als weitere Schicht(en) geeignet. Eine weitere Schicht in Form einer amorphen Kohlenstoffschicht (Nomenklatur gemäß VDI2840, Juni 2012) ist insbesondere aus wasserstofffreiem amorphen Kohlenstoff ta- C oder a-C gebildet. Alternativ kann die amorphe Kohlenstoffschicht aus wasserstoff haltigem amorphen Kohlenstoff a-C:H gebildet sein. Hier kann auch eine metallische oder nichtmetallische Dotierung vorgesehen sein. Bei einem zur Dotierung eingesetz ten Metall handelt es sich zum Beispiel um Wolfram, Titan, Silizium oder Tantal. Eine mit Wolfram dotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C:H:W) oder eine mit Silizium dotierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C: H: Si) sind bevorzugt. Eine, ein Nichtmetall enthaltende amorphe Kohlenstoffschicht wird bezeichnet als a-C:H:X, wobei X für ein Nichtmetall, wie beispielsweise Stickstoff, steht.

Bevorzugt weist die Beschichtung die mindestens eine erste Schicht, eine zweite Schicht und auf dieser eine Schichtfolge auf, wobei die Schichtfolge abwechselnd drit te Schichten und vierte Schichten aufweist, wobei eine Zusammensetzung der dritten Schichten einer Zusammensetzung der an die zweite Schicht angrenzenden ersten Schicht entspricht und eine Zusammensetzung der vierten Schichten einer Zusam mensetzung der zweiten Schicht entspricht. Dadurch kann eine besonders haltbare Beschichtung gebildet werden, die gute Schmiereigenschaften mit guter Verschleißre sistenz verbindet.

Insbesondere haben sich Gelenklager bewährt, bei welchen die an die zweite Schicht angrenzende erste Schicht aus Molybdännitrid und die zweite Schicht aus Kupfer ge bildet ist. Insbesondere sind weiterhin mehrere dritte Schichten aus Molybdännitrid und mehrere vierte Schichten aus Kupfer vorhanden, welche abwechselnd angeord net sind und eine Schichtfolge ausbilden. Das Kupfer bildet einen Schmierfilm aus, während das Molybdännitrid den abrasiven Verschleiß senkt.

Weiterhin haben sich Gelenklager bewährt, bei welchen die erste Schicht aus Chrom und die zweite Schicht aus Chromnitrid gebildet ist. Auch Gelenklager mit einer ersten Schicht aus Chrom, einer weiteren ersten Schicht aus Wolframkarbid und der zweiten Schicht aus einer mit Wolfram dotierten wasser stoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht des Typs a-C:H:W haben sich als sehr ver schleißbeständig erwiesen.

Weiterhin sind Gelenklager bevorzugt, wobei die erste Schicht eine mit Silizium dotier te amorphe Kohlenstoffschicht des Typs a-C:H:Si und die zweite Schicht eine amor phe Kohlenstoffschicht des Typs a-C:H ist. Insbesondere sind weiterhin mehrere dritte Schichten des Typs a-C: H: Si und mehrere vierte Schichten des Typs a-C:H vorhan den, welche abwechselnd angeordnet sind und eine Schichtfolge ausbilden.

Weiterhin sind Gelenklager bevorzugt, wobei die erste Schicht eine mit Silizium dotier te amorphe Kohlenstoffschicht des Typs a-C:H:Si und die zweite Schicht eine amor phe Kohlenstoffschicht des Typs a-C: H: Si mit unterschiedlicher Dotierung an Silizium ist.

Als zweite Schicht kann weiterhin ein Gleitlack, insbesondere in Form einer PTFE- Imprägnierschicht, auf der mindestens einen ersten Schicht angeordnet sein. Bei der PTFE-Imprägnierschicht handelt es sich um eine Schicht, welche ausschließlich oder zu mindestens 98 %, insbesondere zu mindestens 99 %, aus PTFE (Polytetrafluo rethylen) gebildet ist. Trotz möglicher einzelner Verletzungen der PTFE- Imgrägnierschicht bleibt die durch PTFE gebildete Gleitfläche beim Betrieb des Ge lenklagers weitestgehend erhalten, wobei auch Selbstheilungseffekte innerhalb der PTFE-Imprägnierschicht gegeben sind. Die PTFE-Imprägnierschicht bietet die Mög lichkeit, im Betrieb des Gleitlagers auftretende Partikel, insbesondere durch Abrieb entstehende Partikel, aufzunehmen.

In allen Fällen ist die Härte der mindestens einen ersten Schicht - unabhängig vom angewandten Messverfahren - bei weitem größer als die Härte des auf dem metalli schen zweiten Lagerelement angeordneten Gleitbelags. Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Beschichtung des metallischen ersten Lagerelements aus Stahl aufgeführt. Dabei ist die Schichtfol ge auf dem ersten Lagerelement beziehungsweise Substrat aus Stahl in der angege benen Reihenfolge realisiert. Beispiel 2:

Substrat aus Stahl Substrat aus Stahl Erste Schicht: Chrom Erste Schicht: Chrom Zweite Schicht: Chromnitrid Weitere erste Schicht: Wolframcarbid (WC) Zweite Schicht: a-C:H:W Beispiel 4:

Substrat aus Stahl Substrat aus Stahl Erste Schicht: a-C:H:Si Erste Schicht: TiN oder TiAIN oder CrAIN Zweite Schicht: a-C:H Zweite Schicht: Gleitlack enthaltend PTFE

Substrat aus Stahl Erste Schicht: Chrom-Molybdän Weitere erste Schicht: Molybdännitrid (MoN) Zweite Schicht: Kupfer Dritte Schichten: Molybdännitrid (MoN) Vierte Schichten: Kupfer

Beispiel 6:

Substrat aus Stahl

Erste Schicht: a-C:H:Si Zweite Schicht: a-C:H:Si, wobei der Gehalt an Silizium in der zweiten Schicht lediglich 20 - 25% der Silizium-Dotierung der ersten Schicht entspricht

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gelenklager in einer schematischen Schnittdar stellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Gleitkontakts der Figur 1 , und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung analog Fig. 2 mit einer abweichen Be

schichtung.

Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein in Figur 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes, im Schnittbild gezeigtes Gelenklager ist aus einem metallischen ersten Lagerelement 2 aus Stahl, hier ein Innenring, und einem metallischen zweiten Lagerelement 3 aus Stahl, hier ein Außenring, gebildet. Das erste Lagerelement 2 weist eine zentrale Öffnung 4 zur Ver bindung mit einem nicht dargestellten Anschlussteil auf. Auf einer konvexen Außen oberfläche 7 des ersten Lagerelements 2 ist die Beschichtung 5 aufgebracht. Auf ei- ner konkaven Innenoberfläche 7 des zweiten Lagerelements 3 ist ein PTFE- faserverstärkter Gleitbelag 6 aufgeklebt. Die Beschichtung 5 des ersten Lagerelemen tes 2 steht mit dem Gleitbelag 6 in Gleitkontakt. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Gleitkontakts der Figur 1 . Auf dem metallischen Grundwerkstoff des ersten Lagerelementes 2 aus Stahl ist mit tels Gasphasenabscheidung (PVD, CVD, PECVD) eine Beschichtung 5 aus einer ers ten Schicht 9 aus TiN oder TiAIN oder CrAIN abgeschieden. Die erste Schicht 9 weist eine im Wesentlichen einheitliche Dicke auf. Hierdurch passt sich die Oberfläche der ersten Schicht 9 der gegebenen konvexen Außenoberfläche 7 an. Weiterhin ist hier ein Gleitlack in Form einer nicht gesondert dargestellten PTFE-Imprägnierschicht als zweite Schicht 10 auf der ersten Schicht 9 aufgetragen. Durch die PTFE- Imprägnierschicht werden eventuell vorhandene Unebenheiten der ersten Schicht 9 egalisiert, so dass sich eine glatte, im vorliegenden Fall sphärische, Außenoberfläche des ersten Lagerelementes 2 ergibt.

Figur 3 zeigt eine analoge Darstellung wie Figur 2, jedoch mit einer anders gearteten Beschichtung 5 auf dem ersten Lagerelement 2. Die erste Schicht 9 ist unmittelbar auf der konvexen Außenoberfläche 7 des ersten Lagerelementes 2 aus Stahl aufgebracht und aus Molybdännitrid gebildet. Alternativ kann zwischen dem ersten Lagerelement 2 und der ersten Schicht 9 mindestens eine weitere erste Schicht angeordnet sein, ins besondere aus Chrom und/oder Molybdän. Es ist eine zweite Schicht 10 vorhanden, die aus Kupfer gebildet ist. An die zweite Schicht 10 schließen sich eine dritte Schicht 1 1 aus Molybdännitrid und eine vierte Schicht 12 aus Kupfer an. Es ist dabei eine hier nicht im Detail gezeigte Schichtfolge an abwechselnd angeordneten dritten Schichten 1 1 und vierten Schichten 12 vorhanden.

Die konkave Innenoberfläche 7 des zweiten Lagerelements 3 ist auch hier mit dem Gleitbelag 6 beklebt. Der Gleitbelag 6 ist durch ein PTFE-Gewebe, eingebettet in einer Harzmatrix, gebildet oder weist ein Metall-Polymer-Verbundmaterial enthaltend gesin terte Bronze und PTFE auf. Die mehrlagige Beschichtung 5 des ersten Lagerelemen tes 2 steht mit dem Gleitbelag 6 in Gleitkontakt. Bezuqszeichenliste

Gelenklager

Lagerelement

Lagerelement

Öffnung

Beschichtung

Gleitbelag

konkave Innenoberfläche

konvexe Außenoberfläche

erste Schicht

zweite Schicht

dritte Schicht

vierte Schicht