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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung zum Erzeugen einer
Verschleißschutzschicht und
ein Verfahren zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht an Reibungsflächen, insbesondere
einer elastischen, sich den Arbeitsbedingungen flexibel anpassenden,
in nanokristalliner Größe bestehenden Verschleißschutzschicht.
Weiterhin betrifft die Erfindung Verwendungen einer erfindungsgemäßen Mischung.
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Bewegen
sich zwei Festkörper,
beispielsweise Bestandteile einer Arbeitsmaschine, wie ein Motor oder
ein Getriebe, aufeinander, so führt
dies unweigerlich zum Auftreten von Reibungseffekten und in der
Folge zu Abrieb oder Verschleiß.
Auf den Reibungsflächen
oder Reibungsoberflächen
der Festkörper,
das heißt
auf denjenigen Flächen, über welche
die Festkörper
tribologisch Wechselwirken, kommt es durch harte Teilchen oder Rauheitsspitzen an
wenigstens einem Reibungspartner zu so genannter Mikrozerspannung.
Dadurch hervorgerufener Verschleiß wird auch als abrasiver Verschleiß bezeichnet.
Derartige Verschleißeffekte
treten in allen Motoren oder Antriebaggregaten, an Lagern, an Kupplungen,
Getrieben, Düsen
und vergleichbaren Vorrichtungen auf, die nachfolgend zusammenfassend
auch als Arbeitsmaschinen bezeichnet werden. Das Resultat solcher
Verschleißeffekte
sind Energie- und Materialverluste bis hinzu einer Zerstörung der Reibungspartner.
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Um
derartige Verluste und Zerstörungen
zu vermeiden, lag in der Vergangenheit ein Schwerpunkt auf einer
anforderungsgerechten Konstruktion und Werkstoffwahl verbunden mit
einer entsprechenden Bearbeitung reibender Oberflächen, was
mit entsprechenden (Mehr-)Kosten verbunden ist. Zusätzlich werden
zwischen den Reibungsflächen
Schmierstoffe eingesetzt, um die vorgenannten Maßnahmen zu unterstützen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mischung und ein Verfahren
der jeweils eingangs genannten Art anzugeben, durch deren Einsatz
negative Reibungseffekte vermieden und einem Verschleiß der Reibungsflächen dauerhaft
entgegengewirkt wird.
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Die
Aufgabe wird einerseits gelöst
durch eine Mischung zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich eine Mischung zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht dadurch aus,
dass sie die Feststoffkomponenten Siliziumoxid, SiO2;
Aluminiumoxid, Al2O3;
und Graphit, C, beinhaltet.
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Die
Aufgabe wird andererseits gelöst
durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht an Reibungsflächen mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich ein Verfahren zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht an Reibungsflächen dadurch
aus, dass es die folgenden Schritte beinhaltet: Einbringen von Siliziumoxid, SiO2, Aluminiumoxid, Al2O3, und Graphit, C, als Feststoffkomponenten
in ein Medium; und Einbringen des Mediums mit den zugesetzten Feststoffkomponenten in
wenigstens einen Bereich zwischen tribologisch wechselwirkenden
Reibungsflächen.
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Bei
dem Medium kann es sich im Zuge entsprechender Ausgestaltungen der
Erfindung entweder um ein spezielles Trägermedium handeln, dem die
Feststoffkomponenten zugesetzt sind, oder um ein (Schmier-)Medium,
welches in dem Bereich zwischen den wechselwirkenden Reibungsflächen ohnehin
vorhanden ist.
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie bevorzugte Verwendungen
einer erfindungsgemäßen Mischung
sind in den Unteransprüchen
angegeben, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende
Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
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Der
Einsatz einer erfindungsgemäßen Mischung
bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zur
Ausbildung einer permanenten Verschleißschutzschicht auf Reibungsflächen jeglicher
Art von mechanischen Arbeitsprozessen. Dabei weist die erzeugte
Verschleißschutzschicht
selbstregulierende, flexible, elastische, stabile und permanent
haftende Eigenschaften auf, und besitzt in diesem Zusammenhang eine
nano-kristalline Ausgestaltung.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
der Verschleißschutzschicht
bleiben die vorstehend aufgeführten
Verschleißschutzschicht-Eigenschaften
auch bei einer Temperatur von 1200°C erhalten. Unter Einwirkung
externer Energie (Wärme, Druck)
wird ein extrem niedriger Reibungskoeffizient erzeugt, wobei die
genannte externe Energie regelmäßig durch
den mechanischen Arbeitsprozess selbst geliefert wird.
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Als
Trägermedium
für die
genannten Feststoffkomponenten der erfindungsgemäßen Mischung kann insbesondere
jegliche Art von Erdölraffinat,
wie Öl,
Benzin, geschmolzener Kunststoff oder dergleichen, beziehungsweise
eine Substanz mit vergleichbaren physikalischen/chemischen Eigenschaften verwendet
werden, wobei zum Erzeugen eines Schmiermediums das Trägermedium
vorzugsweise in flüssiger
oder fließfähiger Form
vorliegt, beispielsweise als Fluid oder als Paste.
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Wenigstens
eine, vorzugsweise alle drei Feststoffkomponenten der erfindungsgemäßen Mischung
liegt in Weiterbildung der Erfindung pulverförmig vor. Das Mischungsverhältnis der
Feststoffkomponenten hängt
vom Anwendungsfall ab, dabei jedoch maßgeblich von der zu präparierenden
Flächengröße, wobei
grundsätzlich
für jede
einzelne Feststoffkomponente ein relativer Anteil, AV, zwischen
0% und 100% (0% < AV < 100%) möglich ist. Die
Feststoffkomponenten können
insbesondere bereits vor einer Anwendung in einer Arbeitsmaschine, welche
die zu schützenden
Reibungsflächen
aufweist, mit dem Trägermedium
gemischt werden. Grundsätzlich
ist es jedoch auch möglich,
die Feststoffkomponenten direkt in ein reibungsverminderndes Medium
einzubringen, welches bereits in der Arbeitsmaschine vorhanden ist.
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Empirische
Versuchsreihen haben gezeigt, dass nach Einbringen der Feststoffkomponenten
in ein flüssiges
oder fließfähiges Trägermedium
nach Einwirkung externer Energie an den Reibungsflächen durch
einen chemisch-physikalischen Verbundprozess einer Verschleißschutzschicht
mit nano-tribologischen Verschleißschutzstrukturen aufgebaut wird.
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Die
Eigenschaften der Verschleißschutzschicht
werden von einem durch die Dosierung der Mischung und andererseits
durch die prozentualen Anteilverhältnisse, AV, der Feststoffkomponenten
beeinflusst. Dabei hängen
die Anteilsverhältnissen
der Feststoffkomponenten in der Mischung von der chemischen Zusammensetzung
der Reibungsfläche
sowie deren Flächenausmaß und Rauhigkeit
ab. Es hat sich jedoch gezeigt, dass grundsätzlich 1 g Mischung ausreicht,
um eine Verschleißschutzschicht
auf einer Fläche
von 40 m2 zu erzeugen.
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Ein
konkretes Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der
NanoVit®-Motor-Renovator.
Dieser enthält – bezogen
auf den Feststoffanteil – 10%
Aluminiumoxid, 80% Siliziumoxid und 10% Graphit sowie mineralisches
Motoröl
als Trägermedium. Durch
das Trägermedium
werden die Feststoffkomponenten an die Reibungszonen bzw. Reibungsflächen herangetragen.
In Ausnutzung der Reibungsenergie in den Reibungszonen wird die
erwähnte
nano-tribologische Verschleißschutzschicht
aufgebaut. Entsprechend der durchschnittlichen Reibungsfläche in Verbrennungskraftmaschinen
hat sich eine Anwendungsmenge von 5 mg NanoVit®-Motor-Renovator-Mixtur
pro Liter Motoröl
als vorteilhaft herausgestellt.
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Erfindungsgemäß bildet
sich nach dem Einbringen einer in Abhängigkeit vom Anwendungsfall spezifisch
modellierten Mischung ein elastischer, flexibler und permanent haftender
Antifriktionsbelag als Verschleißschutzschicht an den Reibungsflächen. Dabei
kann die Mischung nach Festlegung der prozentualen Anteile der Feststoffkomponenten
insbesondere in jedes fließfähiger Erdölraffinat
eingebracht werden. Der Aufbau der Verschleißschutzschicht erfolgt dann
selbstständig
während
des Betriebs der Arbeitsmaschine.
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Bei
der Verwendung einer erfindungsgemäßen Mischung beziehungsweise
bei Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
lassen sich grundsätzlich
zwei Etappen unterscheiden: zunächst bewirkt
die erfindungsgemäße Mischung
eine gründliche
Säuberung
des Mikroreliefs der Reibungsflächen
von beschädigten
Mikroteilchen des Verschleißprozesses,
Verbrennungsrückständen und anderen
Verunreinigungen. Die zweite Etappe beinhaltet eine direkte Synthese
der Verschleißschutzschicht
in Form eines vielschichtigen Belags auf der gesamten Reibungsfläche. Dabei
wird die Reibungsfläche
oder Reibungsoberfläche
erneuert. Da die Bildung der Verschleißschutzschicht insbesondere
von einer im Bereich der Reibungszonen herrschenden Temperatur und
des bestehenden Drucks abhängt, verzögert sich
die Bildung des Belags oder der Mikroschicht bis zum vollständigen Stillstand,
wenn die Temperatur durch die erfindungsgemäß bewirkte Abnahme der Reibung
sinkt. Somit ergibt sich ein Selbstregulierungsprozess für das Entstehen
der Verschleißschutzschicht.
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Die
erfindungsgemäße Mischung
beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren können überall dort
eingesetzt werden, wo bei mechanischen Arbeitsprozessen Reibungseffekte
auftreten, denen durch Verwendung eines reibungsvermindernden Mediums
(Schmiermedium) entgegengewirkt werden soll. Bevorzugte Einsatzgebiete
umfassen ohne Beschränkung
der Allgemeinheit insbesondere Aggregate und Maschinen, wie Verbrennungskraftmaschinen
(Öl-, Schmier-
und Kraftstoffkreislauf), mechanische Getriebe, Hydraulikanlagen
sowie sonstige sich relativ bewegenden Elemente (z. B. Lager und
Wellen). Dabei kann die erfindungsgemäße Mischung insbesondere in
Produkten wie Hydrauliköl (mineralisch,
biologisch), Schmiermittel (Öl,
Paste usw.) sowie als Öl-Additiv
eingesetzt werden.
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Bevorzugte
Einsatzgebiete der vorliegenden Erfindung sind ohne Beschränkung der
Allgemeinheit der Maschinenbau, Kraftfahrzeuge, Schiffbau, Flugzeugbau,
Energie anlagen, Landwirtschaftsmaschinenbau, Hebemaschinen und -Vorrichtungen,
Bergbaumaschinen, Walzwerke, Zerspannungsprozesse oder dergleichen.
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Insbesondere
eignet sich die erfindungsgemäße Mischung
beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln
von Maschinenteilen aus Metall, Metall-Legierungen und Metall-Keramik.
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Darüber hinaus
hat sich gezeigt, dass die erzeugte Verschleißschutzschicht auch gute Schutzeigenschaften
gegen elektrochemische Korrosion besitzt.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mischung;
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2 eine
erste schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht
zwischen Reibungsflächen;
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3 eine
zweite schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht
zwischen Reibungsflächen;
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4 eine
weitere schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 eine
weitere schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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6 eine
weitere schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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7 eine
weitere schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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8 eine
weitere schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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9 ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
schematisch die Zusammensetzung beziehungsweise Herstellung einer
erfindungsgemäßen Mischung
zum Erzeugen einer Verschleißschutzschicht,
beispielsweise in Verbrennungsmaschinen, mechanischen Getrieben,
Hydraulikanlagen oder in Verbindung mit quasi beliebigen anderen
relativ bewegten Teilen. Die schematisch dargestellte Mischung 1 beinhaltet
die Feststoffkomponenten Siliziumoxid 2 (SiO2),
Aluminiumoxid 3 (Al2O3)
sowie Graphit 4 (Kohlenstoff, C) in entsprechenden prozentualen
Gewichtsanteilen P1, P2, P3. Dabei können die prozentualen Gewichtsanteile
P1, P2, P3 je nach Anwendungsfall jeweils zwischen 0% und 100% liegen.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung liegt vor, dass die Mischung 1 speziell
80 Gew.-% Siliziumoxid, 10 Gew.-% Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Graphit
aufweist. In der Praxis hängt
das Mischungsverhältnis von
den Eigenschaften und der Größe der Reibungsflächen ab,
an denen die Verschleißschutzschicht
erzeugt werden soll. Die einzelnen Feststoffkomponenten liegen in
Pulverform vor und weisen eine (mittlere) Partikelgröße von beispielsweise
3 nm auf, wobei jedoch auch andere Partikelgrößen im Nanometerbereich, insbesondere
zwischen 0,1 und 10 nm, verwendet werden können.
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Wie
das Ausführungsbeispiel
gemäß 1 zeigt,
kann der Mischung 1 einem Trägermedium 5 beigemischt
sein, welches vorteilhafterweise Weise die Form eines fließfähigen Erdölraffinats
(Fluid, Paste, ...) annimmt. Das Trägermedium 5 liegt
mit einem prozentualen Gewichtsanteil P4 vor, wobei für den Gewichtsanteil
der Feststoffkomponenten 2–4
bezogen auf das Trägermedium 5 gilt,
dass dieser zwischen 0,01‰ und
1‰, vorzugsweise
0,05 bis 0,5‰ beträgt. Gemäß dem vorstehend
genannten konkreten Ausführungsbeispiel,
bei dem als Trägermedium Motoröl (Mineralöl) verwendet
wird, werden 0,05 g der Mischung 1 in 125 ml Trägermedium
eingebracht.
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Es
ist jedoch in Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 grundsätzlich auch möglich, die
Mischung 1 zunächst "trocken" (jedoch nicht zu
verwechseln mit einem Trockenschmierstoff), das heißt ohne
Zusatz des Trägermediums 5 herzustellen,
und als Trägermedium
ein weiteres Medium zu verwenden, dass in einem Bereich zwischen Reibungsflächen, an
denen die Verschleißschutzschicht
erzeugt werden soll, regelmäßig bereits
vorhanden ist, beispielsweise in Form von Motoröl im Schmierkreislauf einer
Verbrennungsmaschine. Die 2 erläutert diesen
Sachverhalt.
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Die 2 zeigt
schematisch zwei Reibungsflächen 6, 7 einer
(nicht weiter dargestellten) Arbeitsmaschine, wie eine Verbrennungsmaschine
oder ein Getriebe, die tribologisch, das heißt reibend während des
Betriebs der Arbeitsmaschine miteinander in Wechselwirkung stehen.
In einem Bereich 8 zwischen den Reibungsflächen 6, 7 ist
ein reibungsverminderndes Medium 9 in Form eines Schmierstoffs angeordnet.
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Um
nun erfindungsgemäß Verschleißschutzschichten 10, 11 an
den Reibungsflächen 6, 7 auszubilden,
wird eine bestimmte Menge der Mischung 1 (1)
in den Bereich 8, das heißt in das Medium 9 eingebracht.
Die kann erfindungsgemäß insbesondere
dadurch geschehen, dass die Mischung 1 in trockener Form
dem reibungsvermindernden Medium 9 beigegeben wird, beispielsweise
in einer Menge von 0,05 g Feststoff auf 5 l Motoröl. Vorteilhafterweise wird
jedoch die Feststoffmenge – wie
bereits erwähnt – zuvor
mit einem dem Medium 9 ähnlichen
Trägermedium 5 gemischt
und so in flüssiger
Form in den Bereich 8 und in das Medium 9 eingebracht.
Wie weiter unten noch detailliert erläutert wird, bilden sich so während des
Betriebs der Arbeitsmaschine die Verschleißschutzschichten 10, 11.
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Die 3 zeigt
schematisch eine Reibungsfläche 7 (vergleiche 2)
beim Einbringen der Mischung 1 in den Bereich 8 gemäß 2.
Die Feststoffbestandteile 2–4
der Mischung 1 sind schematisch als sphärische Partikel angenähert gleicher Größe dargestellt.
Auf der Reibungsfläche 7 befinden sich
Ablagerungen 12 in Form von Russ, Harzen, Lacken oder dergleichen,
welche sich auf das Reibungsverhalten der Reibungsfläche 7 negativ
auswirken können.
Derartige Ablagerungen 12 lagern sich insbesondere in Verbrennungsmaschinen
als Verbrennungsrückstände auf
den Reibungsflächen
an. Darüber
hinaus weist auch die Reibungsfläche 7 selbst
eine relativ zerklüftete
Topologie auf, was im Betrieb zu Materialverlust und damit zu Verschleiß führt. Der
Bereich 8 in 3 kann mit einem reibungsvermindernden
Medium gefüllt
sein, was in 3 nicht explizit dargestellt
ist. Des Weiteren kann der Mischung 1 ein Trägermedium,
insbesondere in Form eines fließfähigen Erdölraffinats,
beigemischt sein, was ebenfalls in 3 nicht
explizit dargestellt ist.
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Wie
in 4 schematisch dargestellt ist, kommt es nach dem
Einbringen der Mischung 1 zu einem Unterwandern der Ablagerungen 12 (3) durch
die Aluminiumoxid-Partikel 3, wodurch die Ablagerungen
gelöst
und entfernt werden, was in 4 nicht
explizit dargestellt ist. Anschließend lagern sich die Aluminiumoxid-Artikel 3 auf
der Reibungsfläche 7 an.
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Unter
der Einwirkung von (Betriebs-)Druck P und (Betriebs-)Temperatur
T bildet sich anschließend die
erfindungsgemäße Verschleißschutzschicht
(vergleiche Bezugszeichen 10, 11 in 2),
indem sich zunächst
auf den angelagerten Aluminiumoxid-Partikeln ein Gitter 13 aus
Siliziumoxid-Partikeln aufbaut, welches nachfolgend auch als Siliziumgitter
bezeichnet wird. In das Siliziumgitter 13 lagern sich Moleküle 14 des
Trägermediums 5 (vergleiche 1) und/oder
des in dem Bereich 8 vorhandenen Mediums 9 (vergleiche 2)
ein, beispielsweise Ölmoleküle. Weiterhin
kommt es insbesondere auf dem Siliziumgitter 13 zu einer
Anlagerung von Graphit-Partikeln 4. Bei dem Druck P und
Temperatur T handelt sich um einen normalen Betriebsdruck und eine
normale Betriebstemperatur der genannten Arbeitsmaschine. Allerdings
gilt: je höher
der Druck, desto höher
der Verschleißschutz
und desto geringer die Reibung bzw. der Reibungskoeffizient.
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Wie
in 5 gezeigt, verbindet sich anschließend das
auf der Reibungsflächen 7 angelagerte
Aluminiumoxid 3 in einem mikrometallurgischen Prozess dauerhaft
sowohl mit der Reibungsfläche 7 als
auch mit dem Siliziumgitter 13, welches gemäß der Darstellung
in 5 mehrlagig ausgebildet ist. Des Weiteren strukturiert
sich das auf dem Siliziumgitter 13 angelagerte Graphit 4 zu
einer Graphitschicht aus. Die Aluminiumoxidschicht, das Siliziumgitter
mit den eingelagerten Molekülen 14 und
die Graphitschicht bilden gemeinsam die erfindungsgemäße Verschleißschutzschicht 11.
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Die 6 zeigt
schematisch die tribologische Wechselwirkung zweier Reibungsflächen 6, 7 mit
erfindungsgemäßen Verschleißschutzschichten 10, 11,
wobei effektiv die jeweiligen Graphitschichten 4 als Reibungsflächen dienen.
Durch relative Bewegung der Reibungsflächen 6, 7 während des
Betriebs der Arbeitsmaschine, die in 6 mittels
der horizontalen Pfeile angedeutet ist, entsteht Reibungsenergie,
die von der jeweiligen energiearmen Siliziumgitter-Struktur in den
Verschleißschutzschichten 10, 11 aufgenommen
wird. Dieser Aspekt ist in 6 durch die
vertikalen Pfeile symbolisiert.
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Wie
in 7 dargestellt ist, kommt es dadurch zu einer Änderung
der atomaren Struktur des Silizium beziehungsweise des Siliziumoxids,
so dass sich die Siliziumschicht, das heißt diejenige Schicht, die das
Siliziumgitter 13 enthält,
wie ein "dynamischer
Schwamm" ausdehnt.
Dieser Effekt ist in 7 mittels entsprechender Pfeile
im Bereich der Siliziumoxid-Partikel 2 symbolisiert. In
der Folge nimmt der Abstand der Reibungsflächen, das heißt der effektiven
Reibungsflächen
ab, indem sich die Graphitschichten 4 der Verschleißschutzschichten 10, 11 einander
annähern,
und die auftretende Reibung sinkt gemäß der Sommerfeldschen Theorie
der "trockenen Reibung" schlagartig ab,
wodurch ein effektiver Verschleißschutzschicht realisiert ist.
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In
der in 7 gezeigten Situation besteht aufgrund des geringen
Abstands der Reibungsflächen
grundsätzlich
die Gefahr eines Festfressens der Reibungsflächen. Allerdings reicht der
Energieeintrag in das Siliziumgitter 13 regelmäßig nicht
aus, um dessen Struktur dauerhaft zu verändern. Somit bildet sich dieses
gemäß der Darstellung
in 8 in seine ursprüngliche Form zurück, wodurch
ein Festfressen der Reibungsflächen 6, 7 wirksam
verhindert wird. Die Verschleißschutzschichten 10, 11 weisen anschließend wieder
die in 6 gezeigte Konfiguration auf, und der Prozess
wiederholt sich kontinuierlich. Des Weiteren erfolgt bei Ablösung von
Partikeln aus den Verschleißschutzschichten 10, 11 eine sofortige
Wiederanlagerung derselben. Das Ergebnis ist eine Selbstregulierung
der Verschleißschutzschichten,
die auch als Reorganisation der Materie bezeichnet werden kann.
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Dabei
gilt: je größer der
Energieeintrag durch Druck und Temperatur in die Verschleißschutzschichten,
desto größer die
Ausdehnung der jeweiligen Schichten verbunden mit einer entsprechend
starken Abnahme der Reibung.
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Die 9 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich auf
eine Anwendung in Verbrennungskraftmaschinen bezieht. Das Verfahren beginnt
in Schritt 100. In einem anschließenden Schritt 102 erfolgt
zum Erzeugen einer ersten Verschleißschutzschicht an Reibungsflächen zunächst ein
erstes Einbringen von Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Graphit in
ein fließfähiges Trägermedium,
wie weiter oben anhand der 1 und 2 bereits
detailliert dargestellt und erläutert
wurde. Anschließend wird
in Schritt 104 das Trägermedium
mit den zugesetzten Feststoffkomponenten in wenigstens einen Bereich
zwischen tribologisch wechselwirkenden Reibungsflächen eingebracht.
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In
Schritt 106 wird anschließend ein Arbeitsprozess durchgeführt, um
eine tribologische Wechselwirkung zwischen den Reibungsflächen zu
bewirken. Im Falle eines Motors bedeutet dies beispielsweise, dass
dieser im Leerlauf oder während
einer gewissen Fahrzeit betrieben wird. Dadurch kommt es zur Bildung
der genannten ersten Verschleißschutzschicht,
wobei zuvor die Reibungsflächen
von und Reinigungen befreit werden Danach wird in Schritt 108 eine
Filtereinheit, beispielsweise ein Ölfilter, gewechselt, die zum
Reinigen des Trägermediums
und gegebenenfalls eines zusätzlich
zwischen den Reibungsflächen
vorhandenen reibungsvermindernden Mediums vorgesehen ist. Auf diese
Weise werden insbesondere die abgelösten Ablagerungen auf den Reibungsflächen aus
dem System beseitigt, wie weiter oben detailliert dargestellt.
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In
Schritt 110 erfolgt anschließend eine Überprüfung dahingehend, ob aufgrund
von Verunreinigungen eventuell das reibungsvermindernden Medium
vollständig
ausgetauscht werden sollte. Bei einem Motor kann beispielsweise
ein Ölwechsel
erforderlich sein. Ist dies der Fall (j), wird anschließend in Schritt 112 ein
entsprechender Austausch des reibungsvermindernden Mediums vorgenommen.
Anschließend
wird das Verfahren mit den Schritten 114 bis 118 fortgesetzt,
die inhaltlich den Verfahrensschritten 102 bis 106 entsprechen.
Diese führen
zur Bildung einer dauerhaften zweiten Verschleißschutzschicht an den Reibungsflächen.
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Wird
bei der Überprüfung in
Schritt 110 jedoch festgestellt, dass kein Austausch des
reibungsvermindernden Mediums erforderlich ist (n), wird Schritt 112 übersprungen
und das Verfahren im Anschluss an Schritt 110 unmittelbar
mit Schritt 114 fortgesetzt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Durchführung des vorstehend beschriebenen
zweistufigen Verfahrens, das heißt mit zweimaliger Zugabe einer erfindungsgemäßen Mischung
nicht unbedingt erforderlich ist. Insbesondere bei einer Verwendung
der Erfindung in mechanischen Getrieben, wie z. B. Zahnradgetrieben,
Differenzialen, Kugellagern oder dergleichen, ist regelmäßig ein
einmaliges Zugeben einer erfindungsgemäßen Mischung ausreichend. Entsprechend
endet das Verfahren abweichend von der Darstellung in 9 im
Anschluss an Schritt 112 unmittelbar mit Schritt 120.
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Ein
konkretes Anwendungsbeispiel beinhaltet das Bereitstellen einer
erfindungsgemäßen Mischung
mit der erwähnten
Zusammensetzung (80-10-10) in zwei gleichen Mengenanwendungseinheiten.
In einem herkömmlichen
PKW-Motor reichen z. B. zweimal 125 ml mit 0,05 g Mischung in mineralischem Öl als Trägermedium
aus. Die erste Anwendungseinheit wird vor der Anwendung kräftig geschüttelt, anschließend wird
der Inhalt in den erwärmten
Motor eingefüllt.
Der Motor wird für
etwa fünf
bis 10 Minuten im Leerlauf betrieben, danach sind etwa 20 km zu
fahren. Anschließend
sollte der Ölfilter
beziehungsweise bei Anwendung im Kraftstoffsystem der Kraftstofffilter
gewechselt werden. Ein Ölwechsel ist
nicht unbedingt erforderlich. Sollte sich herausstellen, dass das Öl zu stark
verunreinigt ist, wird ein Ölwechsel
empfohlen.
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Anschließend wird
die zweite Anwendungseinheit kräftig
geschüttelt
und ebenfalls in den warmen Motor eingefüllt. Der Motor wird anschließend etwa
drei bis 5 Minuten im Leerlauf betrieben. Damit ist die Anwendung
abgeschlossen.
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Bei
einer Arbeitskonzentration von 0,05 g reicht die vorstehend beschriebene
Präparierung
des Motors für
eine Fahrleistung von 150.000 km beziehungsweise bleibt über bis
zu fünf Ölwechsel
bestehen. Grundsätzlich
ergibt sich die Arbeitskonzentration aus der Erkenntnis über die
zu präparierenden Fläche, insbesondere
deren Größe, sowie
aus der Erkenntnis über
das Aggregat, wie z. B. die herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse,
den Reibungsabstand usw. Eine überhöhte Arbeitskonzentration
bewirkt eine Überkonzentration,
welche temporär
ggf. zu viel Energie für
die beschriebene Selbstregulierung der Schutzschicht benötigt. Wie bereits
erwähnt,
wird die Konzentrationsmenge also grundsätzlich von der Beschaffenheit
des zu behandelnden Aggregat beziehungsweise der zu behandelnden
Reibungsflächen
bestimmt, kann aber auch anwenderspezifisch definiert werden.
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Bei
Anwendung in mechanischen Getrieben, wie Zahnradgetrieben, Differenzialen,
Kugellagern oder dergleichen, wird eine der genannten Anwendungseinheiten
kräftig
geschüttelt
und dem warmen System zugeführt.
Grundsätzlich
ist dann die Anwendung bereits abgeschlossen. Bei starker Verunreinigung
des Systems muss entsprechend die Konzentration oder die Menge der
Anwendungseinheit erhöht werden.
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Bei
herkömmlichen
Kfz-Getrieben mit circa 8 l Ölhaushalt
beträgt
die Anwendungsmenge etwa 0,4 g Mischung.
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Die
Dauer der Schichtbildung ist abhängig vom
technischen Zustand des Aggregats und dessen Bestandteilen, der
Fertigungs- beziehungsweise Montagequalität, der Materialbeschaffenheit
sowie den Bedingungen und der Dauer des Aggregatbetriebs. Eine erste
Verbesserung erfolgt bereits nach 15 Minuten, eine wesentliche (ungefähr 50 bis
70% des angestrebten Maximums) nach einer Stunde, und eine optimale
Verbesserung wird nach 10 bis 50 Stunden erreicht, was jedoch vom
Nutzungsgrad abhängt.
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Da
die erfindungsgemäße Mischung
Verunreinigungen von den Reibungsoberflächen ablöst, treten diese Verunreinigungen
anschließend
im Schmiermedium flockenförmig
auf. Dies kann zur Verstopfung von Leitungen und Filtern führen, so dass
in jedem Fall ein Filterwechsel (Ölfilter, Kraftstofffilter oder
dergleichen) nötig
ist.
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Dabei
werden durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Mischung die chemischen
und physikalischen Eigenschaften des Mediums nicht verändert.
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Darüber hinaus
bewirkt der Siliziumgehalt der Mischung einen Polymerisationsprozess,
durch den die Viskosität
des Schmiermediums regeneriert wird.
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Durch
Einsatz der vorliegenden Erfindung bildet sich auf den kinematischen
Reibungsflächen eine
Verschleißschutzschicht,
die der Reibungsoberflächenschicht
gleicht, insbesondere zwischen 0,0001 und 0,1 mm stark ist, sich
selbst reguliert und nach der Sommerfeldschen Theorie der "trockenen Reibung" einen niedrigen
Reibungskoeffizient aufweist. Dies führt zu einer Kompensation des
Verschleißes
und einer Optimierung des Spielraums zwischen den wechselwirkenden
Reibungsflächen,
wodurch Reibungsverluste verringert und die Festigkeit der Reibungsflächen erhöht wird.
Darüber
hinaus gewinnen eingesetzte Schmierstoffe aufgrund des beschriebenen
Regenerierungsprozesses (Polymerisationsprozess) ihre ursprünglichen
Eigenschaften zurück.
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Auf
diese Weise bewirkt die vorliegende Erfindung eine verlängerte Lebensdauer
von Arbeitsmaschinen, eine Erhöhung
des Wirkungskoeffizienten, eine Verringerung des Verbrauchs an flüchtigen Betriebsmitteln,
eine Reduzierung des Elektro-Energieverbrauchs von Elektrogeräten und
eine verlängerte
Lebensdauer der eingesetzten Schmierstoffe, wie Öl oder dergleichen. In ökologischer
Hinsicht trägt
dies zu einer Reduzierung von CO/CH und anderen Abgasen von Verbrennungsmotoren
bei und bewirkt eine Verringerung des Vibrations- und Geräuschpegels.
Reparaturbeziehungsweise Wartungsintervalle verlängern sich um ein Mehrfaches. Die
mit der erfindungsgemäßen Mischung
behandelten Oberflächen
nehmen für
ihren weiteren Einsatz eine optimale Geometrie an, wobei durch defekte Stellen
regeneriert werden, und werden so gewissermaßen zu Präzisionsteilen mit einer um
ein Vielfaches verlängerten
Lebensdauer.