AT506675A1 - Kupplung - Google Patents
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Description
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Einleitung
Bei nasslaufenden Kupplungen werden Drehmomente von Wellen übertragen, indem zwei oder mehr Kupplungselemente in Form von rotierenden Scheiben oder Lamellen durch Kraftschluss miteinander verbunden werden.
Einige Bauarten sehen eine zeitweilige Trennung der Kupplung, z.B. bei Schaltvorgängen, vor.
Weitere Aufgaben einer Kupplung neben der Übertragung eines Drehmoments sind unter anderem Dämpfung von Drehmoment- und Geschwindigkeitsstößen. Dabei kommt es, ebenso wie beim Einkuppeln zu einem schleifenden Betriebszustand („Schlupf), d.h. die Kupplungsscheiben schleifen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen gegeneinander.
Scheibenkupplungen werden beispielsweise in Schaltgetrieben in Maschinen und Fahrzeugen eingesetzt, um Maschinenelemente während des Schaltvorganges zu trennen, oder auch in Differentialgetrieben, um Geschwindigkeitsstöße und ähnliche Unregelmäßigkeiten im Betrieb zu dämpfen.
Bei in einem flüssigen Medium, beispielsweise einem öl, gegeneinander laufenden Kupplungsscheiben, tritt nach einer gewissen Betriebsdauer abweichendes tribologisches Verhalten, also z.B. Unstetigkeits-Effekte, wie Ruckgleiten auf, wodurch die Funktionalität der Kupplung beeinträchtigt ist. Bis jetzt war es notwendig, dieses abweichende bzw. störende Verhalten durch einen Austausch des flüssigen Mediums, insbesondere Öls zu beheben.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die bei Alterung von nasslaufenden Kupplungen bisher auftretenden Bewegungsunstetigkeiten, also eben das Ruckgleiten bzw. den stick-slip-Effekt zu vermeiden und eine neuartige Schicht auf einer Kupplung vorzuschlagen, bei welcher selbst bei hohem Alter des Öls oder bei bestimmten Typen des flüssigen Mediums und der an sich intakt gebliebenen Scheiben die geschilderten unangenehmen Effekte nicht mehr auftreten und somit ein Entfernen von Altöl aus der Kupplung und eine Neubefüllung mit unverbrauchtem öl unterbleiben kann.
Die Erfindung betrifft spezielle Schichten auf den metallischen Kupplungsscheiben, welche das abweichende tribologische Verhalten überhaupt völlig verhindern oder zumindest den Zeitraum bis zum Auftreten der abweichenden Effekte ganz wesentlich verlängern.
Stand der Technik
Scheibenkupplungen dienen der Übertragung von Drehmomenten in unterschiedlichen Anwendungen über zwei oder mehr Kupplungs-Scheiben oder -Lamellen, die kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Schaltbare Kupplungen sehen zusätzlich 2 • · · • e e · ·· ···· • · · ···«· · · · · ···· · · · · · ·· «· · · ·· · eine zeitweilige Trennung der Kupplungsscheiben voneinander vor, beispielsweise um die Gänge in einem mit der Kupplung verbundenen Getriebe zu wechseln.
Neben der Übertragung von Drehmomenten werden durch eine Kupplung auch Abweichungen im Betriebszustand der Maschine oder des Fahrzeuges, wie z.B. Wellenversatz, Drehmoments- und Geschwindigkeitsstöße ausgeglichen. Dabei kann es, z.B. bei Drehzahlanpassungen bei Schaltvorgängen, zu einem schleifenden Betriebszustand kommen.
Einsatzgebiete von Scheibenkupplungen sind beispielsweise Schaltgetriebe in Fahrzeugen. Bei jedem der Schaltvorgänge oder bei Stillstand des Fahrzeuges wird die Kupplung getrennt. Wenn die Kupplung anschließend wieder verbunden wird, kommt es für einen zumindest kurzen Zeitraum, z.B. beim Angleichen der Drehzahlen aneinander, zu einem schleifenden Betriebszustand der Kupplung.
Eine weitere Anwendung von Scheibenkupplungen sind Sperrdifferenziale. Diese dienen in Fahrzeugen dazu, das Antriebsmoment je nach Betriebszustand des Fahrzeuges, z.B. starkes Beschleunigen, Kurvenfahrt, unterschiedliche Straßenverhältnisse auf die einzelnen Räder einer oder mehrerer Achsen zu verteilen, und das Durchrutschen, also den Schlupf einzelner Räder, beispielsweise in sportlich gefahrenen Kurven, zu verhindern.
Weiters werden Scheibenkupplungen, in diesem Anwendungsfall auch als „Rutschkupplung“ bezeichnet, in Maschinen unter anderem eingesetzt, um z.B. für einen Wickeldorn ein konstantes Drehmoment an einer Welle bereitzustellen. Dabei werden die Kupplungsscheiben mit einem definierten Anpressdruck kraftschlüssig miteinander verbunden. Wenn das definierte Drehmoment erreicht oder überschritten wird, rutscht die Kupplung durch, d.h. die Kupplung wird in diesem Fall im schleifenden Betriebszustand betrieben.
Mit diesem Anwendungsfall verwandt sind auch Kupplungen, die als Arbeitsschutzelement in Maschinen eingesetzt werden. Wenn ein Kleidungsstück oder Körperteil eines Arbeiters in die Maschine gelangt, wird ein von der Kupplung vorgegebenes maximales Drehmoment überschritten, und die Kupplung rutscht durch.
Die hier besprochenen Kupplungs- bzw. Differenzialscheiben laufen in einem flüssigen Medium, im Allgemeinen in einem öl, welches verschiedene Additive enthalten kann, unter anderem solche, die das tribologische Verhalten des Öls beeinflussen. Während des tribologischen Prozesses kann eine Schicht entstehen, welche einerseits die Metall-, insbesondere Stahloberfläche in einem gewissen Ausmaß vor Verschleiß und Korrosion schützt, und die andererseits die tribologischen Eigenschaften der Kupplungs-bzw. Differenzialscheiben beeinflussen kann. 3 ···· ·· ····
Bei mit einem flüssigen Medium, beispielsweise einem öl, geschmierten metallischen Kupplungs- und Differenzialscheiben, welche gegeneinander oder gegen eine mit einem Reibbelag belegte Scheibe laufen, tritt nach einer gewissen Betriebsdauer, häufig lange vor dem Erreichen der erwarteten Lebensdauer der Kupplung bzw. des Differenzials infolge fortschreitender Alterung des Mediums abweichendes bzw. störendes tribologisches Verhalten, beispielsweise der Effekt des Ruckgleitens, engl.: stick-slip, auf.
Das Ruckgleiten von gegeneinander laufenden Reibpartnem bezeichnet eine rasche Abfolge aus Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten der gegeneinander bzw. mit unterschiedlichen Drehzahlen laufenden Oberflächen. Durch das Ruckgleiten, sowie durch andere abweichende tribologische Effekte ist die spezifikationsgemäße Funktionalität der Kupplung und somit auch der Maschine bzw. des Fahrzeuges eingeschränkt bzw. nicht mehr voll gewährleistet. Üblicherweise wird bis heute das abweichende tribologische Verhalten der Kupplung durch Wechsel des flüssigen Mediums oder durch Zugabe von Additiven zum flüssigen Medium korrigiert. Dabei kommt es zumindest für die Dauer der Wartung zu einem Stillstand des Fahrzeuges bzw. im Fall einer Maschine zu einem zeitweiligen Produktionsausfall.
Um ein bestimmtes tribologisches Verhalten einer Kupplung bzw. eines Sperrdifferenzials innerhalb der vom Hersteller spezifizierten Grenzen zu gewährleisten, werden Kupplungs- und Differenzialscheiben beispielsweise durch mechanische Bearbeitung mit einem definierten RauhigkeitsprofH versehen und üblicherweise ohne weitere Behandlung in die Kupplung eingebaut. Durch das in die Oberfläche der Scheiben eingearbeitete Rauhigkeitsprofil sowie durch Verwendung einer vom Hersteller empfohlenen Type des flüssigen Mediums bzw. Öls, werden die vom jeweiligen Hersteller angestrebten tribologischen Eigenschaften, wie beispielsweise Reibwert und Laufverhalten, erreicht.
In der Literatur werden für tribologische Anwendungen unterschiedliche Beschichtungen bzw. Schichten beschrieben, welche die tribologischen Eigenschaften von Stahl beeinflussen:
Gemäß der W02007062311 A1 werden Schichten auf Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt beschrieben, welche in einem zweistufigen Verfahren auf die Scheiben aufgebracht werden. Zunächst wird eine Schicht, bestehend aus Kohlenstoff oder Phosphat auf das Werkstück aufgebracht, und in einem zweiten Schritt wird diese Schicht durch Einbringung von Energie in Form von Laserstrahlung oder eines Plasmas behandelt, wodurch gemäß der dort beschriebenen Erfindung ein Teil der Beschichtung in die Gasphase übergeht und die Stahloberfläche bis in eine Tiefe von mindestens 5 bis 50 pm in ihren Eigenschaften verändert wird. 4 4 ···· ·· ···· • · · · · ····· · · · · ······ · ·· · • ι · ····· · · · · ···· · · · · · ·· ·· · · ·· ·
Die JP 2007031773 A1 beschreibt eine metallische Scheibe, welche mit hoher Geschwindigkeit gleitet. Die Metallscheibe ist zur Vermeidung von Ruckgleiteffekten mit einem DLC-, Diamond like Carbon-Film beschichtet. Diese Schicht hat gemäß dem genannten Patent einen niedrigeren Reibungskoeffizienten.
In der Patentschrift US 6557457 A1 werden Zylinderkolben und Pleuelstangen in einem Dieselmotor beschrieben, wobei Stahl gegen Stahl läuft. Mindestens eine der gegeneinander laufenden Flächen ist zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften mit einer 8,0 bis 15,0 pm dicken Manganphosphatschicht beschichtet.
Eine ähnliche Anwendung für chemisch und elektrochemisch hergestellte Mangan-und Eisenphosphatschichten, nämlich mit diesen Schichten versehene Kolbenringe, beschreiben Simon C. Tung et al. in „Determination of dtfferences in tribological behavior and surface morphology between electrodeposited and traditional phosphate coatings.“ (Thin Solid Films, Volume 200, Issue 2, 15 May 1991, Pages 247-261)
Die DE4130688 A1 beschreibt eine Feststoff-Schmierschicht auf Kolbenstangen, Stoßstangen und Führungsstangen von Federbeinen, welche aus einem lösbaren organischen Polymer, und einem Festschmierstoff aufgebaut sind. Als Festschmierstoffe werden PTFE, Graphit und Molybdänsulfid genannt. T.K. Rout et al. beschreiben in Tolyphosphate coated Steel sheet for superior corrosion resistance” (Surface and Coatings Technology, Volume 201, Issues 3-4, 5 October 2006, Pages 1022-1030) Phosphat- und Polyphosphatschichten auf Stahl, welche als Korrosionsschutzschicht angewendet werden. P. Samyn et al. beschreiben in „Large-scale friction and wear tests on a hybrid UHMWPE-pad/primer coating combination used as bearing element in an extremely high-loaded ball-joint“ (Tribology International, Volume 39, Issue 8, August 2006, Pages 796-811) eine Stahlkugel, die in einem Kugelgelenk unter extrem hoher Belastung gegen ultrahochmolekulares Polyethylen gleitet. Die Stahlkugel ist zum Zweck des Korrosionsschutzes mit Zinkphosphat beschichtet. S.J. Shaffer und M.J. Rogers beschreiben in „Tribological performance of various coatings in unlubricated sliding for use in small arms action components - a case study” Wear, Volume 263, Issues 7-12,10 September 2007, Pages 1281-1290) Hartstoffschichten, PTFE-gefüllte Schichten, Phosphatschichten und Schichten in Kombination mit MoS2 für flüssigschmierstoff-freie tribologische Anwendungen. V. Burokas et al. beschreiben in „The influence of hexametaphosphate on formation of zinc phosphate coatings for deep drawing of Steel tubes” (Surface and Coatings Technology, Volume 102, Issue 3,21 April 1998, Pages 233-236) Zinkphosphatschichten für Stahlteile, die einem Kaltumformprozess unterzogen werden sollen. Bei diesem Prozess wirken bestimmungsgemäß extreme Kräfte auf den Stahlteil, welche bewirken, dass der Stahlteil stark verformt wird.
Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur, gegebenenfalls unterbrech-und/oder wieder herstellbaren, Übertragung einer Bewegung, insbesondere Drehbewegung bzw. eines Drehmoments, insbesondere eine Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, welche die im Kennzeichen dieses Anspruchs genannten Merkmale aufweist.
Um das Ruckgleiten zu verhindern, ist gemäß der Erfindung auf die Metalloberfläche eine unlösliche anorganische und/oder organische Schicht mittels eines Sol-Gel-Prozesses und/oder mittels Konversion aufgebracht.
Als Abscheidung / Konversion wird hier ein Prozess bezeichnet, bei dem aus einer Lösung oder Dispersion eine feste Substanz bzw. ein Niederschlag als letztlich festhaftende Schicht an bzw. auf der Oberfläche der Scheibe abgeschieden bzw. erzeugt wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass aus bzw. mittels dieser Abscheidung /Konversion hergestellte Schichten, welche üblicherweise als Korrosionsschutzschicht sowie beispielsweise als Haftvermittler für eine weitere Lackierung oder für eine Verklebung angewandt oder für dekorative Zwecke eingesetzt werden, positive Effekte auf die oben geschilderten speziellen tribologischen Eigenschaften der Stahlscheiben zeigen. Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, wird durch diese Schichten der beschriebene Stick-Slip-Effekt ganz wesentlich reduziert bzw. der Zeitraum bis zu einem erstmaligen Auftreten des Stick-Slip-Effektes wird wesentlich verlängert.
Die Dicke der Schicht beträgt vorteilhaft und keineswegs notwendigerweise zwischen 100 nm und 10 pm, bevorzugt zwischen 100 nm und 1 pm, und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm.
Dem Anspruch 2 sind für die Erreichung des Erfindungsziels, wie sich zeigte, besonders günstige Dicken der Schichten zu entnehmen.
Teilweise als erstaunlich und im Sinne der Erfindung besonders vorteilhaft sind Schichten gemäß Anspruch 3 anzusehen.
Die Ansprüche 4 bis 7 nennen weitere, im Rahmen der Erfindung günstigerweise einzusetzende Verbindungen unterschiedlicher Klassen.
Der Anspruch 8 offenbart bevorzugte Formen der die für einen neuen Einsatz vorgesehenen neuen, mit dem öl synergistisch aktiven Schichten bildenden Partikel und deren Konstellation auf der Metalloberfläche. ·· ·· φ ···· ·· ···· ····# ··· ·<5 ····#· · ·· · Ό • · · · ··♦· ♦ · · · • · · · · t · · · ·· »· t ♦ ·· t
Dem Anspruch 9 ist ein typisches Verfahren zur Herstellung der dem neuen Zweck dienenden erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß zu verwendenden Schichten zu entnehmen.
Schließlich betreffen die Ansprüche 10 und 11 die neue Schicht bzw. Beschichtung selbst und deren Verwendung.
Beispiele Prüfverfahren 1
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Schichten wurden gemäß den untenstehenden Beispiele hergestellt, die Scheiben, welche die Schichten tragen, wurden am Tribometer gemäß folgender Prozedur getestet:
Nach dem Einlaufen werden bei einer Schmierstofftemperatur von 25 °C insgesamt 3 Rampentests, drei Stufentests mit stufenweiser Änderung der Drehzahl, sowie drei Sprungtests mit sprunghafter Änderung der Drehzahl gefahren. Die Gesamtdauer dieser Testphase beträgt 5 min. Dieser Testlauf wird bei einer Temperatur des flüssigen Mediums von 100 °C wiederholt.
Die Gesamtdauer der Prüfung beträgt 25 min. Üblicherweise wird das Prüfverfahren sechs Mal wiederholt.
Vergleichsbelspiel 1.
Zum Vergleich wurden Stahlscheiben, die keine Schicht tragen, dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Beim Einlaufen wurde zunächst Ruckgleiten beobachtet. Während des weiteren Testverlaufs trat schon im ersten Durchlauf leichtes Ruckgleiten auf, das ab dem zweiten Durchlauf stärker wurde.
Umgelegt auf eine Kupplung bzw. ein Differenzial im Feld bzw. in der Praxis bedeutet das, dass spätestens zu Beginn des zweiten Durchlaufs ein Austausch des Schmierstoffes angezeigt ist, das Prüfverfahren bis zum Beginn des zweiten Durchlaufe der Prüfung entspricht somit der Dauer bis zu einem ersten aus Gründen des Auftretens des Ruckgleitens notwendigen Ölwechsel in der Praxis.
Beispiel 1
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einer üblichen Vorgehensweise im Tauchverfahren in einem alkalischen Reiniger gereinigt und gebeizt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Stahloberfläche zu Beginn des eigentlichen Vorganges zur Erzeugung der Schicht vollkommen frei von Fetten, ölen, Zunder und ähnlichen Verunreinigungen ist. 7 7 • · ·· · »··· Μ ···· ····· ··· · ······ · ·· · • · · · ···· t · · · ···· e · ··· ·· ·· · · ·· ·
Anschließend erfolgte die Erzeugung der Schicht auf der Scheibe, indem diese 4,5 min. lang bei einer Badtemperatur von 55 +/- 3 °C in das Behandlungsbad getaucht wurde. Der pH-Wert lag während dieses Vorgangs zwischen 4 und 5.
Das Behandlungsbad enthielt als wesentliche Bestandteile Phosphorsäure und Alkaliphosphate. Während des Vorgangs zur Erzeugung der Schicht entsteht durch Reaktion der Phosphorsäure mit der Stahloberfläche eine absolut festhaftende dünne Eisenphosphatschicht. Anschließend wurden die Scheiben gespült und bei 80 °C im Umluftofen getrocknet.
Die Scheiben, welche die auf diese Weise erzeugte Schicht tragen, wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Beim Einlaufen trat bloß in den ersten Minuten leichtes Ruckgleiten auf. Während des weiteren Testverlaufs wurde bis zum zweiten Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Erst im dritten Durchlauf trat leichtes Ruckgleiten auf, welches im weiteren Testverlauf immer stärker wurde.
Beispiel 2
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einer üblichen Vorgehensweise im Tauchverfahren in einem alkalischen Reiniger im Ultraschallbad gereinigt, um Fette, öle und ähnliche Verunreinigungen von deren Oberfläche zu entfernen.
Nach einem Tauchen in eine Aktivatorlösung wurden die Scheiben beschichtet, indem sie 3 min. lang bei einer Temperatur von 52 +/- 3 °C in ein Zinkphosphatbad getaucht wurden. Das Zinkphosphatbad enthält Phosphorsäure, sowie als schichtbildenden Hauptbestandteil Zinkphosphat, und als ebenfalls schichtbildende Nebenbestandteile Manganphosphat und Nickelsalze.
Nach diesem Beschichtungsschritt wurden die Scheiben gespült und bei 80 +/-5°C im Umluftofen getrocknet. Die auf diese Weise hergestellte Schicht enthält als Hauptbestandteil Zinkphosphat, sowie als Nebenbestandteile geringe Mengen Manganphosphat und Nickelphosphat.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des gesamten Testvorganges wurde während fünf Durchläufen kein Ruckgleiten beobachtet.
Beispiel 3
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einer üblichen Vorgehensweise im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger 8 ΦΦ φφ φ ···♦ ·· ···· φ φ Φ Φ φ φ φ φ Φ ······ · ·· · • φ Φ · ···· ♦ · · · • · · t · · ♦ · · ♦ ♦ ♦# # ♦ ·· · im Ultraschallbad gereinigt, um Fette, öle und ähnliche Verunreinigungen von der
Oberfläche zu entfernen.
Nach einem Tauchen in eine Aktivatorlösung wurden die Scheiben beschichtet, indem sie 1 min. lang bei 58 +/- 3°C in ein Calciumphosphatbad getaucht wurden. Der pH lag während des Versuches zwischen 4 und 5.
Nach diesem Beschichtungsschritt wurden die Scheiben im Umluftofen bei 120 +/- 5 °C getrocknet. Die auf diese Weise hergestellten Schichten enthalten als Hauptbestandteil Calciumphosphat.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des tribologischen Tests wurde bis zum 4. Durchlauf der Prüfung kein Ruckgleiten beobachtet. Erst im fünften Durchlauf trat leichtes Ruckgleiten auf.
Beispiel 4
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einer üblichen Vorgehenswelse im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt und mit einer sauren Beize gebeizt. Durch dieses Verfahren ist gewährleistet, dass die Stahloberfläche zu Beginn des eigentlichen Beschichtungsvorganges frei von Fetten, ölen, Zunder und ähnlichen Verunreinigungen war.
Anschließend wurden die Bleche beschichtet, indem sie für 10 min. bei 97 +/- 3 °C in ein Calciumhydroxidbad getaucht und anschließend rasch mit fließendem Wasser gespült wurden. Der pH-Wert lag während der Beschichtung zwischen 12 und 13. Dabei entsteht eine Calciumhydroxidschicht, die infolge der Reaktion mit dem Cö2 der Luft geringe Mengen von Calciumcarbonat enthält. Nach dem Beschichtungsvorgang wurden die Stahlscheiben bei 120 +/- 5 °C im Umluftofen getrocknet
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des tribologischen Tests wurde bis zum 4. Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Erst am Ende des vierten Durchlaufs trat leichtes Ruckgleiten auf, welches im fünften Durchlauf stärker wurde.
Beispiel 5
Die für die den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst, wie im Beispiel 5 angegeben, beschichtet. Abweichend zu diesem Beispiel wurden die Scheiben nach der Beschichtung mit Calciumhydroxid und dem Spülen nicht sofort getrocknet, sondern zunächst für 30 s bei Raumtemperatur in ein Calciumcarbonat-Bad getaucht. Der pH-Wert lag während des Versuches zwischen 7 und 8. Dabei entsteht eine 9 ·· ·♦ · ···· ·· ···· ····· · · · · ······ · ·· · • · · · ···· · · · · ···· · · ··· ·· ·· · # ·· ·
Schicht aus basischem Calciumcarbonat, d.h. die Schicht enthält Calciumhydroxid und geringen Mengen Calciumcarbonat und basisches Calciumcarbonat.
Nach diesem Beschichtungsvorgang wurden die Stahlscheiben im Umluftofen bei einer Temperatur von 120 +/- 5 °C getrocknet.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des tribologischen Tests wurde bis zum 4. Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Erst im fünften Durchlauf trat leichtes Ruckgleiten auf.
Beispiel 6
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einem üblichen Verfahren im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt und mit einer sauren Beize gebeizt. Durch dieses Verfahren ist gewährleistet, dass die Stahloberfläche zu Beginn des eigentlichen Beschichtungsvorganges frei von Fetten, ölen, Zunder und ähnlichen Verunreinigungen ist.
Anschließend wurden die Bleche beschichtet, indem sie bei einer Temperatur von 95 +/- 3 °C in ein Magnesiumhydroxidbad getaucht wurden. Das Beschichtungsbad enthält Magnesiumhydroxid und Kaliumhydroxid, der pH lag während der Beschichtung zwischen 12 und 13. Nach dem Beschichten wurden die Scheiben im Umluftofen bei 120 +/- 5 °C getrocknet.
Durch diesen Beschichtungsvoigang entsteht eine Magnesiumhydroxidschicht mit geringen Anteilen an Magnesiumcarbonat.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des tribologischen Tests wurde bis zum 4. Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Erst im fünften Durchlauf trat Ruckgleiten auf.
Beispiel 7
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einem üblichen Verfahren im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt und mit einer sauren Beize gebeizt. Durch dieses Verfahren ist gewährleistet, dass die Stahloberfläche zu Beginn des eigentlichen Beschichtungsvorganges frei von Fetten, ölen, Zunder und ähnlichen Verunreinigungen ist.
Anschließend wurden die Scheiben beschichtet, indem sie für 30 s bei einer Temperatur von 45 +/- 3 °C in ein Cer-Salzbad getaucht wurden. Das Bad enthält als reaktive Bestandteile Cer(lll)nitrat und Wasserstoffperoxid, durch die Reaktion an der Stahloberfläche wird eine Schicht aus Cer-Oxiden gebildet. 10 tt ·· · ···· ·♦ ···· ····· t· · · ······ · ·♦ · • · · · ···· · · · · *#t* *· * · ·♦ ·
Nach dem Beschichtungsvorgang wurden die Scheiben bei 80 +/- 5 °C im Umiuftofen getrocknet.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen.
Beim tribologischen Test trat im 4. Durchlauf leichtes Ruckgleiten auf, welches im weiteren Verlauf des Tests stärker wurde.
Beispiel 8
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einem üblichen Verfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt und anschließend in einem sauren Beizbad gebeizt, um eine von Fetten und Oien sowie anderen störenden Verunreinigungen freie Oberfläche zu gewährleisten.
Anschließend wurden die Scheiben beschichtet, in dem sie bei Raumtemperatur 1 min. lang in ein auf Titan- und Zirkoniumsalzen basierendes Beschichtungsbad getaucht wurden. Der pH-Wert lag während der Beschichtung zwischen 3 und 4. Die auf diese Weise hergestellte Schicht enthält als Hauptbestandteile Titanate und Zirkonate.
Nach dem Beschichtungsvorgang wurden die Scheiben bei 90 +/- 5 °C im Umluftofen getrocknet.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des Testverlaufs wurde bis zum zweiten Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Im dritten Durchlauf trat leichtes Ruckgieiten auf, welches im weiteren Testverlauf stärker wurde.
Beispiel 9
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einem üblichen Verfahren im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt und anschließend mit vollentsalztem Wasser gespült. Dadurch wurde gewährleistet, dass die Stahloberfläche frei von Fetten und ölen ist.
Anschließend wurden die Stahlscheiben bei Raumtemperatur und einem pH-Wert von 4,5 1 min. lang in ein Siloxanbad getaucht. Nach der Beschichtung wurden die Scheiben im Umluftofen bei einer Temperatur von 70 +/- 5 °C getrocknet.
Die auf diese Weise mit einer Siloxanschicht beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des Testverlaufs wurde bis zum zweiten Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Im dritten Durchlauf trat leichtes Ruckgleiten auf, welches im weiteren Testverlauf stärker wurde. 11 ·· ·· · ···# »* ···· ····· · ♦ · · ······ ♦ ·· · • · · · ···· · t i fl • fl · · · · · · · •fl ·· * · ·· ·
Beispiel 10
Die für den tribologischen Test vorgesehenen Stahlscheiben wurden zunächst nach einem üblichen Verfahren im Tauchverfahren mit einem alkalischen Reiniger gereinigt. Nach der Reinigung wurden die Scheiben gebeizt. Dadurch wurde gewährleistet, dass die Stahloberfläche frei von Fetten, ölen, Zunder und sonstigen Verunreinigungen ist.
Anschließend wurden die Stahlscheiben 90 s lang bei einer Temperatur von 60 +/-3 °C in ein Molybdatbad getaucht. Das Molybdatbad enthält Phosphorsäure, ein Molybdat und komplexe Fluoride. Bei der Beschichtung entsteht eine Molybdatschicht.
Nach der Beschichtwung wurden die Scheiben im Umluftofen bei einer Temperatur von 90 +/- 5 °C getrocknet.
Die auf diese Weise beschichteten Scheiben wurden einem tribologischen Test gemäß dem oben angeführten Prüfverfahren unterzogen. Während des tribologischen Tests wurde bis zum 4. Durchlauf kein Ruckgleiten beobachtet. Erst im fünften Durchlauf trat leichtes Ruckgleiten auf.
Claims (11)
- Patentansprüche: 1. Einrichtung zur, gegebenenfalls unterbrech- und/oder wieder herstellbaren, Übertragung einer Bewegung, insbesondere Drehbewegung bzw. eines Drehmoments, von einem bzw. einer bewegten bzw. sich drehenden, z.B. angetriebenen, Objekt bzw. Welle auf ein bzw. eine stillstehende(s) oder eine abweichende Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl aufweisende(s), Objekt bzw. Welle oder umgekehrt, insbesondere Kupplung, für Maschinen, Fahrzeuge u. dgl., wobei eine(s) der beiden Objekte bzw. Wellen zumindest eine Bewegungsabgabeeinheit bzw. Drehmoment-Abgabescheibe, und das bzw. die andere Objekt bzw. Welle zumindest eine Bewegungsaufnahmeeinheit, insbesondere Drehmoment-Aufnahmescheibe, oder umgekehrt, aufweisen, wobei bevorzugterweise, also nicht notwendigerweise, zumindest eine, der genannten Objekteinheiten bzw. Scheiben von dem bzw. der anderen trenn-bzw. abrückbar ist und die Objekt-Einheiten bzw. Scheiben innerhalb eines Gehäuses, insbesondere Kupplungsgehäuses in einem Ölbad bzw. Kupplungsölbad angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, - dass - zur Vermeidung eines vom erwünschten Verhalten abweichenden tribologischen Verhaltens, beispielsweise infolge von Alterung und tribologischen Veränderungen des Flüssig-Schmierstoffes bzw. Kupplungs-Öls od. dgl. - die der jeweils anderen Objekteinheit bzw. Scheibe zugewandte metallische Oberfläche zumindest einer der beiden mit einem Metall, wie insbesondere aus Stahl oder aus einer widerstandsfähigen Aluminiumlegierung, gebildeten oder damit zumindest oberflächen-beschichteten Objekteinheiten, insbesondere Scheiben eine gegebenenfalls eine Stärke bzw. Dicke von, gegebenenfalls, nur einem, vorzugsweise von zumindest nur einigen Molekül-Durchmessern bis maximal 10 pm, aufweisende, bevorzugt mittels Abscheidung und / oder Konversion aus einer Lösung oder Dispersion auf derselben erzeugten, im Wesentlichen dichte Drehmomentübertragungs-Schicht mit, gegebenenfalls fein- bis feinstteiligen Partikeln oder Kristalliten oder amorphem Material, aus einem wasser- und ölunlöslichen, an die Metall-Oberfläche der Objekteinheit, insbesondere Scheibe, zumindest komplex-chemisch gebundenen Niederschlag auf Basis mindestens eines Phosphates, Molybdates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Wolframates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Metalls der zweiten Neben- oder Hauptgruppe des Periodensystems, des Eisens, Mangans und/oder Cers oder aber mit einem Poly(oxy)siloxan trägt.
- 2. Einrichtung, insbesondere Kupplung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 13 13 ·· · ···· ·· #··· ····· ··· * ······ · ·· · • · · · ···· · · · ♦ ···· · ♦ · · # ·· ·· · · ·· · dass die Dicke der Schicht bzw. Beschichtung auf der metallischen Objekteinheit, insbesondere Scheibe zwischen einer Monomolekular-Schicht und 10 pm, insbesondere zwischen 100 nm und 8 pm, bevorzugt zwischen 100 nm und 1 pm, und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm, beträgt.
- 3. Einrichtung, insbesondere Kupplung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Objekteinheiten, insbesondere Scheiben aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, und deren dem bzw. der anderen Scheibe zugewandte Oberfläche eine Schicht aus zumindest einem anorganischen Phosphat, insbesondere aus Eisen·, Zink- und/oder Manganphosphat, trägt.
- 4. Schicht bzw. Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht bzw. Beschichtung wahlweise aus Phosphaten eines oder mehrerer Metallen aus der Gruppe Fe, Zn, Mn, Ni, Ca und Ba besteht.
- 5. Schicht bzw. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht bzw. Beschichtung wahlweise aus einem oder mehreren anorganischen Verbindungen aus der Gruppe der Oxyde, Hydroxide und Karbonate besteht.
- 6. Schicht bzw. Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung wahlweise allein aus oder aus beliebigen Kombinationen von Oxyden, Hydroxiden und/oder Carbonaten mit Metallen aus der Gruppe Mg, Ca oder Ba besteht.
- 7. Schicht bzw. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung wahlweise aus einer oder mehreren oxydischen, carbonatischen und phosphatischen Cer-Verbindungen besteht.
- 8. Einrichtung, insbesondere Kupplung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht bzw. Beschichtung auf der Metalloberfläche einer der Objekteinhelten Scheiben mit fein- bzw. feinstteiligen, nach erfolgter Inbetriebnahme der Kupplung durch im wesentlichen etwa Würfel- oder quaderartige Grundgestalt aufweisende, dicht aneinanderschließende Teilchen oder durch Kristallite oder als im Wesentlichen homogene gleichförmige Schicht, aus den in den vorangehenden Ansprüchen genannten wasser- und ölunlöslichen Verbindungen gebildet ist. ···· ·· ··« · 14 ·· · • · · · · #· ·
- 9. Verfahren zur Ausrüstung einer Bewegungs-, insbesondere Drehbewegungs-Koppelungs-Einrichtung, insbesondere Ölkupplung, gegen den, insbesondere infolge Alterung des Öls und molekularer Veränderung von dessen Additiven austretenden, "stick-slip"-Effekts zumindest eine der jeweils anderen Scheibe zugewandte Fläche einer metallischen Objekteinheit, insbesondere Scheibe mit einer dünnen Schicht aus zumindest einem dort mittels Abscheidung und / oder Konversion aufgebrachten, festhaftenden, zumindest komplex-chemisch an die metallische Oberfläche gebundenen Niederschlags auf Basis mindestens eines Phosphates, Molybdates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Wolframates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Metalls der zweiten Neben- oder Hauptgruppe des Periodensystems, des Eisens, Mangans und/oder Cers versehen wird, indem die zu behandelnde metallische bzw. zumindest oberflächlich metallische Objekteinheit, insbesondere Scheibe, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur zwischen 0° und 100°C, insbesondere von 30 bis 80°C, für kurze Zeit, vorzugsweise für 0,3 bis 30 min., insbesondere 1 bis 15 min., in eine, vorzugsweise wässerige, Lösung zumindest eines, wie in den Ansprüchen 1 bis 8 genannten Phosphates, Molybdates, Wolframates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Alkaiimetalls oder des Ammoniums, gegebenenfalls unter Rühren, eingebracht wird.
- 10. Schicht bzw. Beschichtung für die metallische Oberfläche zumindest einer Objekteinheit, insbesondere Scheibe, einer Nass- bzw. Öl-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit zumindest einer der in den genannten Ansprüchen angeführten Verbindungen, vorzugsweise in einer Dicke gemäß Anspruch 2, gebildet ist.
- 11. Verwendung einer oder mehrerer der in den Ansprüchen 1 bis 9 genannten Schichten bzw. Beschichtungen bzw. Materialien von Metall-Oberflächen für den im Anspruch 1 bzw. 9 genannten Zweck. Wien, am 29. April 2008 re: österreichische Patentanmeldung A 675/2008 14676 ECHEM Kompetenzzentrum für Angewandte Elektrochemie GmbH Patentansprüche: 1. Einrichtung, insbesondere Kupplung, zur, gegebenenfalls unterbrech- und/oder wieder herstellbaren, Übertragung einer Bewegung, insbesondere Drehbewegung bzw. eines Drehmoments, von einem bzw. einer bewegten bzw. sich drehenden, z.B. angetriebenen, Objekt bzw. Welle auf ein bzw. eine stillstehende(s) oder eine abweichende Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl aufweisende(s), Objekt bzw. Welle oder umgekehrt, insbesondere Kupplung, für Maschinen, Fahrzeuge u. dgl., wobei eine(s) der beiden Objekte bzw. Wellen zumindest eine Bewegungsabgabeeinheit bzw. Drehmoment-Abgabescheibe, und das bzw. die andere Objekt bzw. Welle zumindest eine Bewegungsaufnahmeeinheit, insbesondere Drehmoment-Aufnahmescheibe, oder umgekehrt, aufweisen, wobei bevorzugterweise zumindest eine der genannten Objekteinheiten bzw. Scheiben von dem bzw. der anderen trenn- bzw. abrückbar ist und die Objekteinheiten bzw. Scheiben innerhalb eines Gehäuses, insbesondere Kupplungsgehäuses, in einem Ölbad bzw. Kupplungsölbad angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, - dass die der jeweils anderen Objekteinheit bzw. Scheibe zugewandte metallische Oberfläche zumindest einer der beiden mit einem Metall, insbesondere aus Stahl oder aus einer widerstandsfähigen Aluminiumlegierung, gebildeten oder mit einem derartigen Metall oberflächen-beschichteten Objekteinheiten, insbesondere Scheiben, eine - eine Stärke bzw. Dicke von, mindestens einem, vorzugsweise von einigen Molekül-Durchmessern, bis maximal 10 pm, aufweisende, mittels Abscheidung und / oder Konversion aus einer Lösung oder Dispersion direkt auf der metallischen Oberfläche erzeugte, im Wesentlichen dichte Drehmomentübertragungs-Schicht mit fein- bis feinstteiligen Partikeln oder Kristalliten oder amorphem Material aus einem wasser- und ölunlöslichen, an die Metall-Oberfläche der Objekteinheit, insbesondere Scheibe, zumindest komplex-chemisch gebundenen Niederschlag auf Basis mindestens eines Phosphates, Molybdates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Wolframates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Metalls der zweiten Neben- oder Hauptgruppe des Periodensystems, des Eisens, Mangans und/oder Cers oder aber eines Poly(oxy)siloxans trägt. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der die Drehmomentübertragungs-Schicht bildenden Schicht bzw. Beschichtung auf der metallischen Objekteinheit, insbesondere Scheibe, zwischen 100 • ·· · ·· · ♦ ο» · · • · · · ♦ · tr ·· ····· ··«·· ····· · ···· ·· ·· ♦ ···· ·· ·· nm und 8 pm, bevorzugt zwischen 100 nm und 1 pm, und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm, beträgt. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Objekteinheiten, insbesondere Scheiben, aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, und deren der anderen Objekteinheit, insbesondere der anderen Scheibe, zugewandte Oberfläche eine Drehvolumenübertragungs-Schicht aus zumindest einem anorganischen Phosphat, insbesondere aus Eisen-, Zink- und/oder Manganphosphat, trägt. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungs-Schicht wahlweise aus zumindest einem Phosphat eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Fe, Zn, Mn, Ni, Ca und Ba besteht. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungs-Schicht aus einer oder mehreren anorganischen Verbindung(en) aus der Gruppe der Oxide, Hydroxide und Karbonate besteht. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungs-Schicht aus einem oder aus beliebigen Kombinationen von Oxid(en), Hydroxid(en) und/oder Carbonat(en) mit mindestens einem Metall aus der Gruppe Mg, Ca und Ba besteht. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungs-Schicht aus mindestens einer oxidischen, carbonatischen und phosphatischen Cer-Verbindungen besteht. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungs-Schicht bzw. Beschichtung auf der Metalloberfläche einer der Objekteinheiten, insbesondere Scheiben, mit fein- bzw. feinstteiligen, nach erfolgter Inbetriebnahme der Kupplung im wesentlichen Würfel- oder quaderartige Grundgestalt aufweisenden, dicht aneinanderschließenden Teilchen oder Kristalliten oder als im Wesentlichen homogene gleichförmige Schicht, aus mindestens einer der in den vorangehenden Ansprüchen genannten wasser- und ölunlöslichen Verbindungen gebildet ist. HACHSERFICHT • · · · · · «3* ·· ····· ····· ····· · ···· ·· ·· · ···· ·· ·· 9. Verfahren zur Ausrüstung einer Bewegungs-, insbesondere Drehbewegungs-Koppelungs-Einrichtung, insbesondere ölkupplung, gegen den, insbesondere infolge Alterung des Öls und molekularer Veränderung von dessen Additiven austretenden, "stick-slip"-Effekts, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der jeweils anderen Scheibe zugewandte metallische Oberfläche einer Objekteinheit, insbesondere Scheibe, direkt mit einer dünnen Drehmomentübertragungs-Schicht aus zumindest einem dort mittels Abscheidung und / oder Konversion aufgebrachten, festhaftenden, zumindest komplex-chemisch an die metallische Oberfläche gebundenen Niederschlags auf Basis mindestens eines Phosphates, Molybdates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Wolframates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Metalls der zweiten Neben- oder Hauptgruppe des Periodensystems, des Eisens, Mangans und/oder Cers versehen wird, indem die zu behandelnde metallische bzw. zumindest oberflächlich metallische Objekteinheit, insbesondere Scheibe, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 0° und 100°C, insbesondere von 30 bis 80°C, für kurze Zeit, vorzugsweise für 0,3 bis 30 min., insbesondere für 1 bis 15 min., in eine, vorzugsweise wässerige, Lösung zumindest eines, wie in den Ansprüchen 1 bis 8 genannten Phosphates, Molybdates, Wolframates, Titanates, Zirkonates, Vanadates, Oxides, Hydroxides und/oder (basischen) Carbonates eines Alkalimetalls oder des Ammoniums, gegebenenfalls unter Rühren, eingebracht wird. Wien, am 20. Juli 2009 IfACHßERF! CH T
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