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DE102023207106A1 - Wälzlager und Verfahren zur dessen Herstellung - Google Patents

Wälzlager und Verfahren zur dessen Herstellung Download PDF

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DE102023207106A1
DE102023207106A1 DE102023207106.1A DE102023207106A DE102023207106A1 DE 102023207106 A1 DE102023207106 A1 DE 102023207106A1 DE 102023207106 A DE102023207106 A DE 102023207106A DE 102023207106 A1 DE102023207106 A1 DE 102023207106A1
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DE
Germany
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composite film
polymer composite
film layer
rolling bearing
outer ring
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023207106.1A
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English (en)
Inventor
Xiaobo Zhou
Thijs Nijdam
Andreas Vierling
Frank Henninger
Po Shen
Lijun CAO
Victor Brizmer
Yafen Chen
Hongyuan An
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Original Assignee
SKF AB
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Publication date
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Abstract

Offenbart ist ein Wälzlager, umfassend zumindest einen Außenring (1), zumindest einen Innenring (2) und zumindest ein Wälzlager (3), das zwischen dem zumindest einen Außenring (1) und dem zumindest einen Innenring (2) angeordnet ist, wobei eine Außenfläche des zumindest einen Außenrings (1) zum Einbau in ein erstes Element ausgebildet ist, eine Innenfläche des Innenrings (2) zum Einbau in ein zweites Element ausgebildet ist, und das erste Element und das zweite Element relativ zueinander drehbar sind, wobei eine Polymerverbundfolienschicht (6) auf zumindest eine der Außenfläche des Außenrings (1) und der Innenfläche des Innenrings (2) unter Verwendung eines Haftvermittlers geklebt ist, wobei die Polymerverbundfolienschicht mindestens eine Per- und/oder Polyfluoralkyl-Komponente umfasst.

Description

  • Technischer Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Viele rotierende mechanische Vorrichtungen können ein Wälzlager umfassen, das die Relativdrehung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element ermöglicht. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Element um ein Gehäuse und bei dem zweiten Element um eine rotierende Welle handeln, wobei ein Außenring des Wälzlagers in das Gehäuse eingebaut und/oder ein Innenring des Wälzlagers auf die Welle aufgesetzt ist. Je nach Anwendungsfall kann es vorkommen, dass eine dieser Passungen aufgrund von Lasten, die den Ring verformen, oder konstruktionsbedingt einen losen Sitz aufweist, was zu Ringkriechen führen kann.
  • In einigen Fällen kann dieses Ringkriechen zu einem sogenannten Ringkriechverschleißschaden führen. Wenn zum Beispiel ein Außenring aus Stahl lose in ein Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung eingesetzt ist, besteht die Möglichkeit, dass ein Ringkriechen des Außenrings aufgrund der Relativbewegung (Ringkriechbewegung) zwischen Außenring und Gehäuse zu einem Ringkriechverschleißschaden am Gehäuse aus der Aluminiumlegierung führt. Mit anderen Worten reiben die Oberfläche des Außenrings und eine Innenfläche des Gehäuses aneinander, so dass Verschleiß am Gehäuse auftritt. Wenn die Abnutzung des Gehäuses zunimmt, kann an einem Rotationsträgerteil ein Spiel auftreten, so dass eine abnormale Vibration erzeugt wird und die rotierende mechanische Vorrichtung außer Betrieb ist. Dies kann weiter zu einem Verlust der Ausrichtung führen, was unerwünschte Geräusche verursachen kann. Außerdem kann der Kriechverschleiß zu Ablagerungen und/oder Verunreinigungen führen, die das Lager und/oder Teile der mechanischen Vorrichtung, wie z. B. Getriebe, beschädigen können, was zu einer kürzeren Lebensdauer des Lagers und/oder der mechanischen Vorrichtung führen kann.
  • Diese Ringkriechbewegung kann durch eine Verriegelung oder durch einen Gummi-O-Ring verhindert werden. In der Praxis sind der Verriegelungsmechanismus und der Gummi-O-Ring jedoch keine gewünschte Lösung, da sie schwer zu realisieren und/oder nicht zuverlässig sind. Die Polymerbeschichtung der Reibflächen aus festen Schmiermitteln und die Vorbehandlung durch Manganphosphatierung (MnPh) ist eine alternative Lösung zur Reduzierung des Kriechverschleißes. Bisher bestehen die Beschichtungen aus Antimon (Sb), das als gesundheitsgefährdend gilt, und das notwendige Beschichtungsverfahren ist sehr aufwendig, da es ein komplettes Eintauchen des Lagers in ein saures Flüssigkeitsbad für das Manganphosphatierverfahren und eine thermische Aushärtung der Polymerbeschichtung erfordert.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme bereitzustellen, die Kriechverschleißschäden reduziert und die oben genannten Nachteile überwindet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Wälzlager gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß Anspruch 12.
  • Im Folgenden ist ein Wälzlager bereitgestellt, das zumindest einen Außenring, zumindest einen Innenring und zumindest einen zwischen dem zumindest einen Außenring und dem zumindest einen Innenring angeordneten Wälzkörper umfasst. Eine Außenfläche des zumindest einen Außenrings ist ausgebildet, um in ein erstes Element, wie ein Gehäuse, eingebaut zu werden, und eine Innenfläche des Innenrings ist ausgebildet, um in ein zweites Element, wie eine Welle, eingebaut zu werden, wobei das erste Element und das zweite Element relativ zueinander drehbar sind.
  • Die Außenfläche des zumindest einen Außenrings kann die Außenfläche des Rings in der radialen Richtung des Lagers sein, wie beispielsweise die äußere Umfangsfläche des Außenrings. Die Innenfläche des zumindest einen Innenrings kann die Innenfläche des Rings in radialer Richtung des Lagers sein, wie z. B. eine Innenbohrung des Innenrings. Bei dem Lager kann es sich beispielsweise um ein Kugellager, ein Zylinderrollenlager, ein Kegelrollenlager und dergleichen handeln. Ferner kann der Außen- und/oder Innenring aus einem ersten Werkstoff hergestellt sein. Der erste Werkstoff kann Stahl sein, insbesondere Lagerstahl. Das erste Element und/oder das zweite Element kann aus einem zweiten Material hergestellt sein, das sich von Lagerstahl unterscheidet. Insbesondere kann der zweite Werkstoff weicher sein als der erste Werkstoff. Das zweite Material kann zum Beispiel Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ähnliches sein. Darüber hinaus kann das Rollenlager in einem Elektromotor, z. B. in einem Elektrofahrzeug, oder in einer Pumpe verwendet werden.
  • Um den Kriechverschleiß und die Herstellungskosten zu reduzieren, wird eine Polymerverbundfolienschicht auf mindestens eine der Außenflächen des Außenrings und der Innenflächen des Innenrings unter Verwendung eines Haftvermittlers aufgeklebt, wobei die Polymerverbundfolienschicht mindestens eine Per- und/oder Polyfluoralkylkomponente (PFAS, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen) umfasst. Bei der Per- und/oder Polyfluoralkylkomponente kann es sich um eine fluororganische chemische Verbindung handeln, die zumindest ein Fluoratom an eine Alkylkette gebunden hat, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), Fluroethylenpropylen (FEP) und/oder Perfluoralkoxy (FPA). Eine solche Polymerverbundfolienschicht kann den Verschleiß des am Außen- und/oder Innenring angebrachten Elements verringern, so dass anormale Vibrationen und/oder Geräusche gemildert werden können. Darüber hinaus kann die Polymerverbundfolienschicht oder der Liner vor dem Aufkleben der Polymerverbundfolienschicht auf die Oberfläche zugeschnitten werden, was die Herstellungskosten senken kann. Insbesondere kann ein Beschichtungsprozess entfallen. Außerdem ist es möglich, die Polymerverbundfolienschicht zu ersetzen, wenn sie abgenutzt ist.
  • Die Polymerverbundfolienschicht kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Fluroethylenpropylen (FEP) und/oder Perfluoralkoxy (FPA) hergestellt werden. Diese Verbindungen können insbesondere eine Selbstschmierung aufweisen und eine hohe Verschleißfestigkeit haben. Darüber hinaus können diese Verbindungen als Plattenmaterial im Handel erhältlich sein, das nur noch zugeschnitten werden muss, so dass teure Beschichtungsprozesse entfallen können.
  • Darüber hinaus kann die Polymerverbundfolienschicht einen mit Polytetrafluorethylen (PTFE) imprägnierten Träger umfassen, wobei der Träger ein Glas- und/oder Polyesterträger ist. Ein solcher PTFE-imprägnierter Träger hat den Vorteil, dass er eine höhere Haltbarkeit haben kann und/oder als Plattenmaterial im Handel erhältlich ist, das nur noch zugeschnitten werden muss, so dass teure Beschichtungsprozesse entfallen können.
  • Vorzugsweise umfasst die Polymerverbundfolienschicht ein Polymer und 1 bis 50 Gew.- %, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, mindestens eines festen Schmiermittels, wobei das Polymer Fluorethylenpropylen (FEP) ist, Perfluoralkoxy (FPA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyester (PET), Polyurethan (TPU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimid (PI) und/oder Polyamidimid (PAI) ist. Das feste Schmiermittel kann zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) sein. Durch das Polytetrafluorethylen (PTFE), das als festes Schmiermittel wirken kann, kann der Verschleiß an der Oberfläche des Außenrings und/oder des Innenrings und/oder des ersten und/oder zweiten Elements verringert werden, wodurch auch die Menge an Ablagerungen reduziert werden kann. Dies kann die Beschädigung des Lagers und/oder von Teilen des mechanischen Geräts, wie z. B. Getriebe, verringern, was zu einer längeren Lebensdauer des Lagers und/oder des mechanischen Geräts führen kann.
  • Die Polymerverbundfolienschicht kann eine Dicke zwischen 2 und 200 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 µm, haben. Bei einer Schichtdicke von weniger als 2 µm kann die Polymerverbundfolie frühzeitig abgenutzt werden und die Kriechverschleißfestigkeit kann nicht lange aufrechterhalten werden. Übersteigt die Schichtdicke hingegen 200 µm, kann die Festigkeit der Polymerverbundfolienschicht sinken, so dass die Polymerverbundfolienschicht abgeschält werden kann. Daher ermöglicht eine Schichtdicke zwischen 2 und 200 µm eine wirksame Verringerung des Kriechverschleißes, wobei die Gefahr des Ablösens der Polymerverbundfolienschicht geringer ist.
  • Der Haftvermittler ist vorzugsweise ein Epoxidkleber oder ein Cyanacrylatkleber. Der Epoxidkleber kann beispielsweise luft-, UV- und/oder härtungshärtend sein.
  • Darüber hinaus kann der Haftvermittler als Klebeschicht aufgetragen werden, die eine Dicke von weniger als 25 µm, vorzugsweise weniger als 5 µm, hat. Dies ermöglicht eine sichere Verklebung der Polymerverbundfolienschicht mit der Oberfläche.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Polymerverbundfolienschicht einseitig mit einem Klebstoff bereitgestellt werden, wobei der Klebstoff ein Acrylatkleber oder ein Silikon ist. Auf diese Weise kann es möglich sein, die Polymerverbundfolienschicht zumindest mit der Außenfläche des Außenrings oder der Innenfläche des Innenrings zu verbinden, ohne dass der Haftvermittler in einer zusätzlichen Klebeschicht aufgetragen werden muss. Dies kann die Herstellungskosten senken.
  • Vorzugsweise hat die Oberflächenrauheit der Außenfläche des Außenrings und/oder der Innenfläche des Innenrings eine Oberflächenrauheit Ra von 0,5 bis 10 µm, vorzugsweise 1 bis 3 µm, bevor die Schicht aus Polymerverbundfolie aufgebracht wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Bindung der Polymerverbundfolienschicht auf der Außenfläche des Außenrings und/oder der Innenfläche des Innenrings. Vorzugsweise wird die Rückseite der Polymerverbundfolienschicht durch chemisches Ätzen und/oder Plasmaätzen vorbehandelt. Dies kann die Bindung des Haftvermittlers an die Polymerverbundfolienschicht verbessern.
  • Vorzugsweise liegt der Reibungskoeffizient im Trockenkontakt mit einer Aluminiumlegierung zwischen 0,05 und 0,4. Ein niedrigerer Reibungskoeffizient kann insbesondere auf einen geringeren Kriechverschleiß hindeuten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die Polymerverbundfolienschicht eine Durchschlagsfestigkeit von mehr als 15 kV/mm und eine Dielektrizitätskonstante oder relative Permittivität von weniger als 4.
  • Für den Fall, dass das Wälzlager in einem Elektromotor, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt wird, kann es vorkommen, dass elektrischer Strom durch das Lager fließt und/oder eine elektrische Spannung über das Wälzlager angelegt wird. Durch den Stromaustritt durch das Lager kann ein Schmiermittel im Lager und/oder das Lager, insbesondere die Metalloberflächen des Lagers wie die Laufbahnen für die Wälzkörper, beschädigt werden. Die Schäden können eine Zunahme der Oberflächenrauheit und/oder Geräusche umfassen und die Funktion des Lagers beeinträchtigen. Indem die Außenfläche des Außenrings und/oder die Innenfläche des Innenrings mit einer polymeren Verbundschicht versehen wird, die eine Durchschlagsfestigkeit von mehr als 15 kV/mm und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 4 hat, kann die Intensität des elektrischen Stromdurchgangs deutlich reduziert werden, beispielsweise um mehr als 90 %, und die Lebensdauer des Lagers verlängert werden. Die relativ hohe Durchschlagsfestigkeit und niedrige Dielektrizitätskonstante der Beschichtung kann die Stromstärke und die Beschädigung des Lagers reduzieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers wie oben beschrieben bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • Bereitstellen einer Polymerverbundfolienschicht, wobei die Polymerverbundfolienschicht mindestens eine Per- und/oder Polyfluoralkyl-Komponente umfasst,
    • Aufbringen eines Haftvermittlers auf zumindest eine der Außenflächen des Außenrings und der Innenflächen des Innenrings und/oder der Polymerverbundfolienschicht, und
    • Verbinden der Polymerverbundfolienschicht mit zumindest einer der äußeren Oberfläche des Außenrings und der inneren Oberfläche des Innenrings.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zumindest die Vorbereitung der Außenfläche des Außenrings und/oder der Innenfläche des Innenrings, so dass diese eine Oberflächenrauheit Ra von 0,5 bis 10 µm, vorzugsweise Ra 1 bis 3 µm, haben. Dies ermöglicht eine verbesserte Bindung der Polymerverbundfolienschicht an der Außenfläche des Außenrings und/oder der Innenfläche des Innenrings. Vorzugsweise wird eine Rückseite der Polymerverbundfolienschicht durch chemisches Ätzen und/oder Plasmaätzen vorbehandelt. Dies kann die Bindung des Haftvermittlers an die Polymerverbundfolienschicht verbessern.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und den Figuren definiert. Dabei können Elemente, die in Kombination mit anderen Elementen beschrieben oder gezeigt sind, allein oder in Kombination mit anderen Elementen vorhanden sein, ohne dass der Schutzbereich verlassen wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen nur beispielhaft sind und den Schutzbereich nicht einschränken sollen. Der Schutzbereich wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Die Figuren zeigen:
    • 1: eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 2: ein in einem Experiment erhaltenes Diagramm, das die Aluminiumverschleißtiefe für verschiedene Polymerverbundfolienschichten und Referenzbeispiele zeigt,
    • 3: ein in einem Versuch erhaltenes Diagramm, das eine Verschleißtiefe der Polymer-verbundfolienschicht für verschiedene Polymerverbundfolienschicht und Referenzbeispiele darstellt, und
    • 4: ein in einem Versuch erhaltenes Diagramm, das einen Reibungskoeffizienten für verschiedene Polymerverbundfolienschichten und Referenzbeispiele darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Folgenden werden gleiche oder ähnliche Funktionselemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Typ des Wälzlagers 10 nicht beschränkt, und ein Kugellager, wie in 1 dargestellt, wird hier beispielhaft beschrieben. Das Kugellager umfasst einen Außenring 1 mit einer Außenringlaufbahn 1a, einen Innenring 2 mit einer Innenringlaufbahn 2a und mehrere Kugeln 3, die zwischen den beiden Laufbahnen 1a, 2a angeordnet sind. Außerdem ist eine äußere Oberfläche 1b des Außenrings 1 des Kugellagers an einem Gehäuse (nicht dargestellt) und eine innere Umfangsfläche des Innenrings 2 an einem Wellenelement (nicht dargestellt) angebracht.
  • Der Außenring 1 und der Innenring 2 sind aus Metall hergestellt, zum Beispiel aus Lagerstahl. Weiter ist die äußere Umfangsfläche 1b des Außenrings 1 mit einer Haftschicht 5 bereitgestellt, die einen Haftvermittler enthält, der eine Polymerverbundfolienschicht 6 mit der äußeren Umfangsfläche 1b des Außenrings 1 verbindet. Das Gehäuse ist aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (z.B. Aluminiumdruckguss) hergestellt, um in vielen Fällen Gewicht zu sparen. Da die Polymerverbundfolie 6 der vorliegenden Erfindung weicher ist als Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (z. B. Aluminiumdruckguss), wird das Gehäuse nicht beschädigt, auch wenn sich die Außenringoberfläche 1b und das Gehäuse relativ zueinander bewegen können.
  • Die Polymerverbundfolie 6 umfasst ein Polymer wie Fluroethylenpropylen (FEP), Perfluoralkoxy (FPA) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Zusätzlich oder alternativ kann eine Polymerverbundfolienschicht 6 verwendet werden, die Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyester (PET), Polyurethan (TPU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimid (PI) und/oder Polyamidimid (PAI) sowie zumindest eine feste Schmiervorrichtung umfasst.
  • Wird der Polymer-Verbundfolienschicht 6 ein Festschmiermittel hinzugefügt, muss das Festschmiermittel Schmierwirkung haben und weicher sein als Aluminium oder Aluminiumlegierung, die ein repräsentativer Werkstoff des Gehäuses sind. Als feste Schmiermittel können Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Molybdändisulfid (MoS2) verwendet werden. Der Anteil des festen Schmiermittels in der Polymerverbundfolienschicht 6 kann zwischen 1 und 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% betragen.
  • Alternativ wird die Polymerverbundfolienschicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt und/oder umfasst einen mit Polytetrafluorethylen (PTFE) imprägnierten Träger, wobei der Träger ein Glas- und/oder Polyesterträger ist.
  • Die Polymerverbundfolienschicht 6 kann durch ein Extrusionsverfahren gebildet werden. Beispielsweise werden die Rohstoffe für den Polymerverbundstoff, wie das verwendete Polymer oder die Polymermischung, gelöst und anschließend fließgegossen, z. B. mit einem Trommelgießer. Das so erhaltene Gussmaterial wird dann in Längsrichtung und/oder seitlich auf die vorgegebenen Abmessungen gestreckt und schließlich gewalzt, um eine Rolle eines Polymerverbundplattenmaterials zu erhalten. Dieses Material kann dann auf die erforderliche Größe zugeschnitten werden. Zusatzstoffe, wie z. B. ein festes Schmiermittel, können entweder zu Beginn des Extrusionsverfahrens hinzugefügt werden, wenn die Rohstoffe aufgelöst und gemischt werden, und/oder es wird ein Beschichtungsverfahren angewendet, um die Zusatzstoffe auf das Plattenmaterial aufzutragen.
  • Als Haftvermittler kann ein Epoxidkleber oder ein Cyanacrylatkleber verwendet werden. Die Haftvermittlerschicht 5 hat eine Dicke von weniger als 25 µm, vorzugsweise weniger als 5 µm, und kann direkt auf die äußere Oberfläche 1b des Außenrings aufgebracht werden. Alternativ wird die Polymerverbundfolienschicht 6 einseitig mit einem Klebstoff bereitgestellt, wobei der Klebstoff ein Acrylatkleber oder ein Silikon ist.
  • Bevor die Polymerverbundfolie 6 auf den Außenring 1 aufgebracht wird, wird die Oberfläche des Außenrings 1 so bearbeitet, dass sie eine Oberflächenrauheit Ra von 0,5 bis 10 µm, vorzugsweise 1 bis 3 µm, hat. Dies ermöglicht eine verbesserte Haftung der Haftschicht 5 auf der Oberfläche. Anschließend wird die Polymerverbundfolie 6 auf die Haftschicht 5 aufgebracht. Vorzugsweise kann die Polymerverbundfolienschicht 6 zugeschnitten werden, bevor die Polymerverbundfolienschicht 6 auf den Außenring 1 geklebt wird.
  • Die Dicke der Polymer-Verbundfolienschicht 6 liegt zwischen 2 und 200 µm. Wenn die Dicke der Polymerverbundfolienschicht 6 kleiner als 2 µm ist, wird die Polymerverbundfolienschicht 6 in einem frühen Stadium abgenutzt und die Kriechverschleißfestigkeit kann nicht lange aufrechterhalten werden. Übersteigt die Dicke der Polymerverbundfolienschicht 6 dagegen 200 µm, so sinkt die Festigkeit der Polymerverbundfolienschicht 6, so dass die Polymerverbundfolienschicht 6 abgeschält werden kann. Die Dicke der Polymer-Verbundfolienschicht 6 beträgt vorzugsweise 5 µm bis 30 µm.
  • Alternativ kann beim Kriechen im Innenring und einer Welle die Polymerverbundfolienschicht 6 mit der Innenfläche des Innenrings 2 verklebt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Versuchsbeispiele weiter beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • In diesem Test wurden die Wirkungen, die durch die erfindungsgemäße Klebefolie erzielt werden sollen, überprüft.
  • Wie in Tabelle 1 dargestellt, wurde als Beispiel 1 ein Folienmaterial aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyester und als Beispiel 2 ein Folienmaterial aus Fluorethylenpropylen (FEP) hergestellt.
  • Für die Prüfung wurde ein Stift-auf-Scheibe-Test durchgeführt, wobei ein Stift mit definierter Last und definiertem Anpressdruck über eine Scheibe für eine vorgegebene Zeitspanne bewegt wird. Dadurch lassen sich die Verschleißtiefe und der durchschnittliche Reibungskoeffizient bestimmen. Der Test wurde in zwei Gruppen durchgeführt, wobei in der ersten Gruppe ein Stahlstift über eine Aluminiumscheibe bewegt wird und in der zweiten Gruppe ein Aluminiumstift über eine Stahlscheibe. In beiden Versuchsreihen war die Stahlkomponente, d.h. der Stift in der ersten Reihe und die Scheibe in der zweiten Reihe, mit einer Polymerverbundschicht gemäß den Beispielen 1 und 2 versehen. Außerdem wurden auch unbeschichtete Referenzproben hergestellt. Die Polymerverbundfolienschicht wurde mit Epoxid oder Cyanacrylat auf das Werkstück geklebt. Als Referenzproben wurde eine Beschichtung verwendet, die einen Haftvermittler, Molybdändisulfid (MoS2) als festes Schmiermittel sowie Antimon gemäß dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in EP3505783A1 beschrieben ist, enthält.
  • Der Stahlstift hatte einen Durchmesser von 82 mm, der Aluminiumstift einen Durchmesser von 64 mm. Die definierte Last betrug 20 N für den Stahlstift und 10 N für den Aluminiumstift, wobei der durchschnittliche Kontaktdruck 130 MPa für den Stahlstift und 124 MPa für den Aluminiumstift betrug. Die Ergebnisse für die Verschleißtiefe der Aluminium- und der Polymerverbundfolienschicht sowie der durchschnittliche Reibungskoeffizient sind in 2 bis 4 dargestellt.
    Beispiel Nr. Typ des festen Schmiermittels Polymer
    1 PTFE+Polyester
    2 FEP
    Ref. MoS2, Sb2O3 -
    Unbeschichtet - -
  • Aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Verschleiß auf der Aluminium- und der Polymerverbundfolienschicht deutlich reduziert werden kann und deutlich geringer ist als bei der Referenzbeschichtung. Hinsichtlich des mittleren Reibungskoeffizienten ist aus 4 ersichtlich, dass der mittlere Reibungskoeffizient je nach verwendetem Polymer zumindest mit der Referenzbeschichtung vergleichbar oder sogar niedriger als die Referenzbeschichtung ist.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beschriebene Polymer-Verbundfolienschicht 6 den Verschleiß eines am Außen- und/oder Innenring untergebrachten Elements, z. B. eines Aluminiumgehäuses, verringern kann, so dass abnormale Vibrationen und/oder Geräusche gemildert werden können. Die beschriebene Polymerverbundfolienschicht 6 hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten, der es ermöglichen kann, die Anzahl der Ablagerungen zu reduzieren, was zu einer längeren Lebensdauer des Lagers und/oder der mechanischen Vorrichtung führt.
  • Außerdem kann die Polymer-Verbundfolie 6 vor dem Aufkleben auf die Metallflächen des Außen- und/oder Innenrings zugeschnitten werden. Der Haftvermittler kann als Haftschicht und/oder auf einer Seite der Polymerverbundfolienschicht 6 aufgebracht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Außenring
    1a
    äußere Laufbahn
    1b
    Außenfläche
    2
    Innenring
    2a
    innere Laufbahn
    3
    Wälzkörper
    5
    Haftschicht
    6
    Polymerverbundplattenschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3505783A1 [0040]

Claims (13)

  1. Wälzlager (10), umfassend zumindest einen Außenring (1), zumindest einen Innenring (2) und zumindest einen Wälzkörper (3), der zwischen dem zumindest einen Außenring (1) und dem zumindest einen Innenring (2) angeordnet ist, wobei eine Außenfläche des zumindest einen Außenrings (1) ausgebildet ist, um in ein erstes Element eingepasst zu werden, eine Innenfläche des Innenrings (2) ausgebildet ist, um in ein zweites Element eingepasst zu werden, und das erste Element und das zweite Element relativ zueinander drehbar sind, wobei eine Polymerverbundfolienschicht (6) unter Verwendung eines Haftvermittlers auf mindestens eine der Außenfläche des Außenrings (1) und der Innenfläche des Innenrings (2) geklebt ist, wobei die Polymerverbundfolienschicht mindestens eine Per- und/oder Polyfluoralkyl-Komponente umfasst.
  2. Wälzlager (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Polymerverbundfolienschicht (6) eine Dicke zwischen 2 und 200 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 µm, hat.
  3. Wälzlager (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerverbundfolienschicht (6) aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Fluroethylenpropylen (FEP) und/oder Perfluoralkoxy (FPA) hergestellt ist.
  4. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymer-Verbundfolienschicht (6) einen mit Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymer imprägnierten Träger umfasst, wobei der Träger ein Glas- und/oder Polyesterträger ist.
  5. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymerverbundfolienschicht (6) ein Polymer und 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.- %, mindestens eines festen Schmiermittels umfasst, wobei das Polymer Fluroethylenpropylen (FEP), Perfluoralkoxy (FPA), Polyetheretherketon (PEEK) ist. Polyphenylensulfid (PPS), Polyester (PET), Polyurethan (TPU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimid (PI) und/oder Polyamidimid (PAI) ist, wobei der Festschmierstoff vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) ist.
  6. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haftvermittler ein Epoxidkleber oder ein Cyanacrylatkleber ist.
  7. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haftvermittler als Haftschicht (5) aufgetragen wird, der eine Dicke unter 25 µm, vorzugsweise unter 5 µm, hat.
  8. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymerverbundfolienschicht (6) einseitig mit einem Klebstoff bereitgestellt ist, wobei der Klebstoff ein Acrylatkleber oder ein Silikon ist.
  9. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Rückseite der Polymerverbundfolienschicht durch chemisches Ätzen und/oder Plasmaätzen vorbehandelt ist, bevor der Haftvermittler auf die Polymerverbundfolienschicht aufgebracht wird.
  10. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reibungskoeffizient der Polymerverbundfolienschicht (6) im Trockenkontakt gegen eine Aluminiumlegierung zwischen 0,05 und 0,4 liegt.
  11. Wälzlager (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polymerverbundfolienschicht (6) eine Durchschlagfestigkeit von mehr als 15 kV/mm und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 4 hat.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wälzlager (10) zumindest einen Außenring (1), zumindest einen Innenring (2) und zumindest einen zwischen dem zumindest einen Außenring (1) und dem zumindest einen Innenring (2) angeordneten Wälzkörper (3) aufweist, wobei eine Außenfläche des zumindest einen Außenrings (1) ausgebildet ist, um in ein erstes Element eingepasst zu werden, eine Innenfläche des Innenrings (2) ausgebildet ist, um in ein zweites Element eingepasst zu werden, und das erste Element und das zweite Element relativ zueinander drehbar sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Polymerverbundfolienschicht (6), wobei die Polymerverbundfolienschicht zumindest eine Per- und/oder Polyfluoralkylkomponente umfasst, und Aufbringen eines Haftvermittlers auf zumindest eine von der Außenfläche des Außenrings (1) und der Innenfläche des Innenrings (2) und/oder der polymeren Verbundfolienschicht (6), Verkleben der Polymerverbundfolienschicht (6) mit zumindest einer der Außenflächen des Außenrings (1) und der Innenflächen des Innenrings (2).
  13. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß Anspruch 12, wobei das Verfahren weiter umfasst, dass vor dem Aufbringen der Polymerverbundfolienschicht (6) eine Rückseite der Polymerverbundfolienschicht durch chemisches Ätzen und/oder Plasmaätzen vorbehandelt wird.
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