CN101896740A - 制备聚合物涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备任选地含有至少一种固体润滑剂的、可磨掉的聚合物涂层(5)的方法,该聚合物涂层在金属轮齿元件(1,2)的齿(7,8)的表面上,该聚合物涂层用于调节两个啮合轮齿元件(7,8)的齿(7,8)之间的齿侧间隙(4),根据该方法在至少一个轮齿元件(7,8)的齿(7)的表面的至少一部分上施加可磨掉的聚合物涂层(5)。在施加聚合物涂层(5)之前,将待涂覆的表面在等离子体中处理,并且之后将聚合物涂层(5)直接施加到所述表面上。
Description
本发明涉及制备可磨掉的涂层的方法,该涂层在轮齿元件的齿的表面上,该涂层用于调节两个啮合、金属轮齿元件的齿之间的齿侧间隙,根据该方法在至少一个轮齿元件的齿的表面的至少一部分上施加可磨掉的聚合物涂层;具有基体的金属轮齿元件,所述基体沿着其圆周线具有齿,所述齿至少部分地在表面上具有可磨掉的聚合物涂层;以及具有至少两个啮合轮齿元件的传动装置。
已知在齿轮,例如传动装置的齿轮之间调节出特定的齿侧间隙有助于形成润滑膜,有助于抵消由温度影响造成的尺寸变化,有助于抵消由应力造成的齿变形,以及用于抵消制造缺陷和安装缺陷,如在DE 19955474C1中所述的那样。但此外还必须保持特定的齿侧间隙,以便使这类传动装置的噪声等级最小化。
除了通过纯粹机械的方法调节出齿侧间隙之外,例如应用量规,对此还描述了布置中间层或者可磨掉的涂层。
例如,DE 19955474C描述了一种调节在齿轮传动装置中的齿侧间隙(尤其是用于内燃机的平衡轴)的方法,其中在包括调节齿侧间隙的安装时,将第二齿轮在轴向平行方向上可推移地向至少一个可围绕相对外壳固定的轴旋转的第一齿轮输送,而且为了调节所述齿侧间隙,使用可去除地布置在啮合轮齿的彼此交错地咬合的齿的齿面之间的中间层。所述中间层作为在所述齿轮安装之前至少在所述齿轮中的一个上的,遮盖特定齿的齿面的、固定的覆盖层而形成,并且使所述具有固定的、布置的覆盖层或者中间层的齿轮在采用预定的力安装时与其他齿轮的齿面以无间隙的方式啮合,其中所述中间层在齿轮的齿间隙调节之后通过所述覆盖层的由运转引起的摩擦或通过有针对性的机械措施去除。在此,所述覆盖层由固体润滑剂形成,或者以电镀方式使所述覆盖层沉积。同样,描述了中间层,其作为成型件由塑料薄膜或弹性体薄膜或金属薄膜形成或由金属丝布形成。
WO 02/48575A描述了一种在具有至少两个啮合齿轮的传动装置中获得所期望的齿侧间隙的方法,为了间隙调节将所述齿轮彼此相互地借助在所述齿轮中的至少一个上的可去除的涂层进行调节。所述涂层包括混合物,所述混合物含有聚合物材料和固体润滑剂。
此外,DE 102005013867A描述了一种借助可脱落的涂层调节彼此啮合的轮齿配合体的扭转侧面间隙的方法,在为了调节间隙可彼此移动(zustellbar)的啮合配合体的齿间隙中以很大程度上相应于所设定的扭转侧面间隙的层厚度施加所述涂层,其中所述涂层由5重量%至20重量%的聚合物材料,5重量%至20重量%的固体润滑剂和最高至约75重量%的溶剂组成的混合物构成。
如实践所示,迄今为止所述涂层仅仅可以借助于具有足够粘附强度的粘附促进剂层而施加。不仅在WO 02/48575A而且在DE 102005013867A中在实施例中总是对磷化处理的齿轮进行涂覆。通过磷化处理使待涂层的表面达到较高的表面粗糙度,由此可以实现齿表面与用于调节齿侧间隙的涂层之间较好的结合。
本发明的目的在于,提出一种更廉价地实施调节齿侧间隙的方法的可能性。
本发明的目的通过开篇提到的制造可磨掉的涂层的方法得以实现,根据该方法在施加涂层之前,将待涂覆的表面在等离子体中处理,并且之后将涂层直接施加到所述表面上,而无需设置粘附促进剂层例如磷化层;与该方法独立地本发明通过金属轮齿元件(在该金属轮齿元件上聚合物涂层直接施加在金属表面上)以及通过具有至少一个根据本发明形成的轮齿元件的相应的传动装置得以实现。
而用于此目的的传统涂覆方法需要将表面碱性脱脂、之后酸洗、施加磷酸锰层,将所述层干燥以及随后刷去,采用本发明的方法能够以如下方式明显减少该次序的单个方法步骤:仅仅实施表面的等离子体活化。以这种方式,可以缩短涂覆这类轮齿元件的循环工作时间并由此也减少其制造成本。此外,没有废水产生,由此使得该过程还可以是环境友好的。通过避开水性溶液,如碱性溶液,还可以更好地处理腐蚀问题。避开额外的粘附促进剂层同样使该涂层的成本下降。采用等离子体活化,可以实现非常好的施加在其上的涂层的结合质量,也就是还使得可以次品的比例得以降低。该工艺流程通常可以简单地操作并且可以更接近实现自动化。除了更好的粘附能力之外,还实现了在其上施加的涂层的更高的均一性。高过程稳定性还使得简单的工艺监控成为可能。通过提高金属表面的表面张力,还同时提高了与涂层的表面张力之差,并由此改善了金属表面的可润湿性并从而由此改善了涂层的粘附强度。通过避免磷化过程并与此相联地避免由该磷化过程造成的表面粗糙度的提高,可以实现层厚公差更低的涂层,其在所述现有技术中总是被描述为问题,因为由此所述第二轮齿元件的定位变得不精确。
出于完整性要说明的是,等离子体是指部分离子化的气体。
虽然在本发明的范围内不仅可以使用氧化性而且可以使用还原性等离子体,优选使用氧等离子体。这尤其是因为在待涂覆的金属表面上非常经常地由于先前的轮齿元件的制造过程粘附有油,例如切削油或类似物。通过使用氧等离子体,还可以同时进行表面的净化,在此过程中可将所述轮齿元件放置到阴极上或者作为阴极连接,或者优选使用微波等离子体,从而使激发的氧或氧离子朝着所述轮齿元件的表面加速运动。在此过程中,所述离子通过直接脉冲传输使原子或者分子从表面脱落并且由这些烃的碎片形成二氧化碳和水。
在本发明的意义中,氧等离子体是指具有氧含量的等离子体。除此之外,还可以含有其他气体,例如氩。氧在该气体混合物中的比例优选选自下限为40体积%且上限为100体积%的范围,尤其是选自下限为80体积%且上限为100体积%的范围。
在此,另一方面有利的是表面的高清洁度例如高的脱脂度和已经提到的过程稳定性。此外,在表面处理之后不需要干燥。
在本发明的进程中作为优点提出,所述等离子体处理在这样的温度下实施,该温度选自下限为40℃且上限为100℃的范围。在低于40℃的温度下,等离子体的净化效果不充分或者所述表面的净化过程可能要在更长的时间内进行。在高于150℃的温度下,在轮齿元件中可能出现不期望的结构变化,所述结构变化可能对构件特征,尤其是表面的硬度产生不良影响。
尤其是所述等离子体处理的温度出自下限为45℃且上限为90℃的范围,优选选自下限为50℃且上限为80℃的范围。
此外,已经证明有利的是,如果所述等离子体处理在这样的压力下实施,该压力选自下限为0.1毫巴且上限为200毫巴的范围。虽然原则上在本发明的范围内除了低压等离子体之外还可以使用大气压等离子体,但是由于在阳极和阴极之间的加速区段内的所述离子或者原子相互间的碰撞,在处理室中较大数目的活化的、加速的气体离子或者气体原子造成能量的损失。也就是能量的一部分没有传送到轮齿元件的表面上而是以碰撞能的形式在原子之间损失。
尤其是所述用于等离子体处理的压力选自下限为0.1毫巴且上限为10毫巴的范围,优选选自下限为0.2毫巴且上限为0.7毫巴的范围。
为了实现具有低层厚公差的尽可能均匀的涂层有利的是,如果轮齿元件的金属表面的表面张力相比处理之前的表面张力提高至少10%,或者如果表面张力为至少40mN/m。在此,尤其是将表面张力提高至少20%,优选提高至少30%或者表面张力为至少50mN/m,优选至少60mN/m。由此可改善在金属表面上的涂层的粘附强度,使得可以采用一次施加实现更高的涂层的层厚度。
在此有利的是,如果在这样的交变电压下进行所述等离子体处理,所述交变电压选自下限为10kHz且上限为3GHz的范围。在低于10kHz的交变电压下,观察到明显放慢的轮齿元件表面的活化过程。高于3GHz无法观察到所述方法,也就是等离子体处理的进一步改善。
尤其是采用这样的频率在交变电压下进行所述等离子体处理,所述频率选自下限为50kHz且上限为100MHz的范围,优选选自下限为100kHz且上限为50MHz的范围,或者所述交变电压的频率选自下限为0.5GHz且上限为3GHz的范围,优选选自下限为1.5GHz且上限为2.5GHz的范围。
还可能的是,在用等离子体处理之前,采用油溶性清洗剂对待涂覆的表面进行至少一次清洗,优选多次清洗。由此可以获得更高的表面清洁度,并且通过使用油溶性清洗剂改善等离子体的净化效果,因为这类清洗剂通常比油性残留物具有在结构上明显更短的链长,并且由此明显地改善了其在等离子体中的可分解性。
所述清洗优选部分情况下在减压下进行,由此可以实现所使用的油溶性清洗剂在较低的温度下已经蒸发,而且所述蒸发进行得更迅速,其中在蒸发期间在金属表面上的油性残留物的一部分被溶剂,也就是清洗剂一起带走。视所期望的清洁度或者氧等离子体或氧化性等离子体的净化作用的效能而定,该处理可多次进行。为了清洗轮齿元件-优选对多个轮齿元件同时进行处理-在提供有清洗剂的可抽真空的腔室中,例如用清洗剂浇注该腔室,之后将所述清洗剂泵出并且通过施加真空去除清洗剂的残留物,并且由此使轮齿元件的表面再次干燥。
作为清洗剂优选使用四氯乙烯,因为四氯乙烯具有非常短的并由此在等离子体中易于分解的分子链,此外四氯乙烯相比其他油溶性清洗剂具有非常低的沸点。由此,由于所述低沸点,可去除性,也就是表面的干燥也是容易的并且可迅速进行。
采用本发明的方法更有利的是还可以不像迄今为止通常由熔融金属冶金法生产构件那样制造轮齿元件,而是由此还可以使用烧结构件,也就是由烧结材料构成的轮齿元件,其已知具有特定的残余多孔性,因为所应用的净化过程,尤其是在应用减压时,具有较高的深处到达作用并由于在减压下蒸发清洗剂,尤其是四氯乙烯也可以对所述烧结材料的细孔进行清洗,尤其是进行脱脂。相比由此涂覆轮齿元件并且调节其齿侧间隙,所述轮齿元件在其制造方面不仅比熔融金属冶金法制造的轮齿元件更廉价,而且还具有这样的优点,这些轮齿元件可以更廉价地以更高的啮合几何精度制造。
在此有利的是,如果轮齿元件具有基体,所述基体至少在表面区域内具有多孔性,所述多孔性选自下限为0.1%且上限为20%的范围,因为所述清洗和活化过程可以更容易地进行并且具有这样构造的传动装置具有更好的油保留能力,由此该传动装置本身是更有利的,并且由此根据本发明的方法还可以对这类烧结技术制造的轮齿元件在其齿侧间隙例如扭转角的齿侧间隙方面根据本发明的方法进行调节。
为了更好的理解本发明,依据如下附图更详尽地解释本发明:
分别以强烈示意性简化的描绘表示:
图1具有两个啮合齿轮的传动装置的截面图;
图2在安装齿轮之后两个齿轮在咬合区域的细节;
图3在启动之后根据图2的细节;
图4两个啮合齿轮的齿侧间隙的调节,截面图;
图5用于局部涂覆轮齿元件的涂覆装置的俯视图;
图6在所述轮齿元件的另一个角位置上的根据图6的涂覆装置;
图7根据图6的涂覆装置的侧视图;
图8根据图6的涂覆装置的具体实施变化方案;
图9根据图9的涂覆装置的侧视图;
图10经涂覆的齿的表面区域的显微图。
首先要指出的是,在不同地描述的具体实施方式中相同的零件以相同的附图标记表示或者以相同的部件名称表示,其中在整个说明书中所包含的公开内容按照意义可以转移到具有相同的附图标记或者相同的部件名称的相同的零件上。还有在说明书中所选择的位置表述,例如,上面、下面、侧面等基于直接描述的以及描绘的附图并且在位置变化时按照意义转移到新的位置上。此外,来自所示的和所描述的不同的具体实施例的单个特征或特征组合还可以表示自身独立的,具有创造性的或根据本发明的技术方案。
数值范围的整个表述在具体描述中应如此理解,一并包括出自该范围的这些任意的和所有的部分范围,例如表述1至10应如此理解,整个部分范围,一并包括从下限1和上限10开始的所有部分范围,也就是整个部分范围从下限1或更大的值开始并结束于上限10或更低的值,例如1至1.7,或3.2至8.1,或5.5至10。
在图1中以截面图在这样的区域描绘了传动装置3的两个轮齿元件1,2,在该区域中所述轮齿元件1,2彼此啮合。在此,这些轮齿元件1,2具有圆柱齿轮传动装置的齿轮形状。例如可以为用于质量平衡的平衡轴的传动装置。但是,原则上所有具有轮齿元件1,2的传动装置均落入本发明范围内,例如油泵传动装置或类似装置,同样一并包括如轮齿元件1,2,例如齿轮,它们与螺杆传动装置咬合。此外,所述齿轮或者轮齿元件1,2并非必须具有如图1所示那样的直轮齿,而是它们还可以具有斜轮齿或者任意类型的轮齿,其中所述齿形本身也具有任意的形状,例如具有直齿面或者具有渐开线轮齿或球状轮齿。也就是,本发明不限于在附图中所描绘类型的轮齿元件1,2或者传动装置3。本发明尤其涉及所有类型的啮合轮齿元件1,2,为这些轮齿元件调节出齿侧间隙4,如在图3中所示的那样,其中在图3中仅仅示意性表示所述齿侧间隙。因为齿侧间隙4的形成原本属于机械制造领域的本领域技术人员的公知常识,不需要在该处进行详细描述。
在图2和3中描述了本发明的原理。因此,在轮齿元件1,2中的至少一个上施加聚合物涂层5,使得这两个轮齿元件1,2可以在它们安装之后和传动装置3开始运转之前,在彼此之间没有间隙,也就是在彼此之间没有距离的情况下安装,例如通过轴向平行地向轮齿元件1的方向移动轮齿元件2。因为涂层5是可磨掉的,在短时间后已经产生齿侧间隙4,也就是齿间空间,如图3中所示的那样。
聚合物涂层5本身可以具有相应于现有技术的构成。因此所述聚合物涂层由在至少一种填充物中分布的粘结剂构成。所述粘结剂可以是有机的。所述填充物可以是常规填充物,如碳酸盐和硅酸盐,其中在此也优选还包含至少一种固体润滑剂作为填充物。
作为聚合物材料原则上所有合成树脂都是合适的,如例如在WO02/48575A中所述的那些。这些聚合物材料例如可以选自酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂、聚乙烯醇缩乙醛、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、氯化聚丙烯、酮树脂、丙烯酸酯树脂、苯乙烯-丁二烯-共聚物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚醚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺或他们的混合物。优选作为聚合物材料使用聚酰胺酰亚胺。同样可以使用这些树脂的前体,例如在聚酰胺酰亚胺的情况下为聚(氨甲酰基羧酸)。
所述固体润滑剂可选自无机固体润滑剂,如石墨、MoS2、三氧化二硼、六边形BN、WS2、一氧化铅、碱性碳酸铅、红丹和玻璃。由于在铅材料的毒性方面的环境问题优选使用石墨和/或MoS2。同样作为固体润滑剂可使用颗粒状聚四氟乙烯。
所述聚合物材料可以溶解或分散于合适的溶剂中,并且所述填充物,尤其是固体润滑剂,同样分散于该溶液中或者分散体中。为了制备分散体可以使用商业上常规的分散设备。
作为溶剂,对于这类漆料或者溶液或分散体可以使用通常的溶剂,例如甲苯、二甲苯或者其它有机烃类,以及溶剂混合物,例如在DE 102005013867A中所描述的由2-甲基-2-戊醇-4-酮与二甲苯、甲苯和N-甲基-吡咯烷酮组成的溶剂混合物。
在所述固体润滑剂的粒度方面证明有利的是,所述粒度可以为1μm-60μm,其中尤其使用小片状的MoS2,粒度选自下限为10μm×10μm×0.5μm且上限为40μm×40μm×5μm的范围(平均长度×平均宽度×平均高度)。
这类涂层,如由现有技术已知的那样,是可磨掉的,而且是在短时间内。这是指,聚合物涂层5由于轮齿元件1,2的啮合咬合,和由此所产生的聚合物涂层5的力学负荷,在开始运转之后240s,尤其是在60s内磨掉。由此,尤其使用具有油相容性的聚合物材料或者固体润滑剂,使得聚合物涂层5以颗粒状磨掉之后,在润湿轮齿元件1,2的润滑油中不出现任何问题。
图4显示了在两个彼此啮合的轮齿元件1,2之间对齿侧间隙4(图3)进行调节。为此将配备有聚合物涂层5的第一轮齿元件1安装在传动装置3上,并随后采用预先确定的力(箭头6)将第二轮齿元件2(其在根据图4的具体实施变化方案中不具有聚合物涂层5)如此移向第一轮齿元件1,使得在这两个轮齿元件1,2的齿7,8之间至少在齿侧区域中不形成缝隙,也就是齿7,8至少在轮齿元件1,2的齿侧区域中彼此贴紧。
所述安装相应于如由开篇提到的现有技术的文献已知的那些。
在这些具体实施变化方案中,仅仅轮齿元件1配备有聚合物涂层5,其中在该具体实施变化方案中根据图4整个齿,也就是,不仅两个齿侧面(也就是前齿侧面和后齿侧面),而且齿顶和齿根也配备有聚合物涂层5。然而,在本发明的范围内还可能的是,仅仅轮齿元件1的齿侧面或者例如仅仅前齿侧面或仅仅后齿侧面配备有聚合物涂层。同样可能的是,两个轮齿元件1,2,也就是它们的齿7,8,在整个面上,也就是不仅沿着前齿侧面而且沿着后齿侧面,同样在齿顶上和在齿根上均配备有聚合物涂层5,或者两个轮齿元件1,2仅仅在前齿侧面或后齿侧面上或在轮齿元件1,2中的一个上在前齿侧面上而第二个轮齿元件在后齿侧面上配备有聚合物涂层5。
通过这种第二轮齿元件2与第一轮齿元件1的定位,以及通过可磨掉的聚合物涂层5(其在传动装置3启动之后或者在传动装置3启动期间在短时间内由于啮合齿7,8造成的力学负荷而磨掉),由此达到所期望的齿侧间隙4(图3)。
为了制备聚合物涂层5,现在根据本发明设计借助等离子体,尤其是借助氧等离子体进行预处理。在此,这种预处理,也就是,齿7,8的表面(将聚合物涂层5施加到该表面上)的活化在1分钟至30分钟的时间段内,尤其是在40℃至70℃的温度下并且在0.2毫巴至0.7毫巴的压力下进行。在此有利的是,与根据现有技术的磷化相比,通过所述活化没有出现表面粗糙度的提高,使得存在已经非常平的表面,尤其是齿7,8具有选自0.2μm至3μm范围的根据DIN EN ISO 4287的算术平均粗糙度系数Ra,由此不必通过聚合物涂层5补偿高表面粗糙度(如由现有技术已知的那种),以至于可以施加具有低层厚公差的非常均匀的聚合物涂层5的层。由此齿侧间隙4的调节更加精确。在此尤其有利的是,在磨掉聚合物涂层5之后,不是磷化的粗糙表面与每种情况下另外的轮齿元件1,2相互作用(由此可能出现在该启动阶段相应增加的磨损),而是存在已经非常平的表面并且由此还改善了在传动装置3的启动阶段中的摩擦性。
任选地可以借助溶剂进行深度清洗,尤其是当轮齿元件1,2由烧结材料制得时(例如由烧结钢或铁基烧结材料制得)。由此,还可以相应地清洗通常存在于烧结材料中的细孔,并由此去除来自轮齿元件1,2的预处理过程的油或者润滑剂残留物,如通常在制造轮齿元件1,2时所使用的那些,例如防止轮齿元件1,2在各自的模具或模型中卡住的润滑剂。为此,将轮齿元件1,2送入到优选可抽真空的腔室中,该腔室被各种溶剂,例如四氯乙烯浇注,之后将该溶剂泵出并将该腔室抽真空,使得溶剂蒸发并在此过程中将附着的污染物,例如在轮齿元件1,2上的含油或者含润滑剂的残留物一起带走。为了提高清洗效果,可以多次进行该过程。除此之外或者作为对此的补充,可以采用表面的等离子体活化以提高轮齿元件1,2的表面张力,这也用于净化表面或者用于深度净化轮齿元件1,2,其中使用氧等离子体或者氧化性等离子体,因为来自预处理过程的含油或者含润滑剂的残留物通常是烃,采用所述等离子体将它们裂解并转化成CO2和水。
在根据本发明的预处理之后,在预定的表面区域,也就是,尤其是齿7,8的表面上对轮齿元件1,2进行涂覆。可相应于现有技术施加聚合物涂层5或者采用传统方法(如由涂料或漆料领域已知的那些)实施。也就是例如不含溶剂的、静电粉末涂层是可能的,同样可以将粘结剂,尤其是聚合物材料溶解于溶剂中或者分散于溶剂中并且向该溶液或者该分散体中添加填充物(即尤其是固体润滑剂)。随后,可以在浸渍法中将轮齿元件1,2浸入到该混合物中并且因此涂覆所述表面或者也可以实施离心法或喷雾法。在施加该溶液或者分散体之后,使所述溶剂例如通过加热汽化,使得溶解于其中的固体留在表面上。如果需要,还可以使所施加的具有填充物的由聚合物材料构成的混合物进一步硬化,例如通过UV辐射硬化或电子辐射硬化或通过升温。
还可能的是,如果这是需要的,构造由多个单个层组成的聚合物涂层5,也就是反复进行所述涂覆过程。任选地可以在这些涂覆过程之间进行单个子层的(彻底)硬化。其中对于聚合物涂层5更好的粘着性而言有利的是,如果所述硬化未进行完全,而是表面仍然呈胶状。通过该用于去除溶剂的温度(其例如可以为180℃-240℃),还可以控制在硬化期间所述聚合物材料的交联度或者链长。加热温度越低,则所述硬化越不完全,并且由此可以更容易地在启动时,也就是在传动装置3的试运行过程中去除所述聚合物涂层。
优选以喷雾法施加聚合物涂层5,如在图5至9中对于两个具体实施变化方案所描述的那样。在此,图5至7显示了涂覆装置9,其设计用于实施轮齿元件1,2的齿7,8的局部涂覆。局部是指,使所述轮齿元件1,2并非在整个360°上而是仅仅在0°-270°的角度范围内配备聚合物涂层5。该角度范围当然是不受限的,而是视对轮齿元件1,2的要求而定可以自由选择的。在此,单个轮齿元件1,2设置于固定装置10上。固定装置10例如可以具有轴状构造并且穿过轮齿元件1,2的孔(所述孔设计用于在传动装置3的相应的轴上安装轮齿元件1,2),使得多个轮齿元件1,2以塔状彼此重叠地布置在该固定装置10上。
但是要提到的是,在本发明的范围内还可以进行单个涂覆,也就是在涂覆过程中分别对轮齿元件1,2进行涂覆。
为了实现局部涂覆,将轮齿元件1,2的一部分,也就是将其表面用遮盖板11遮盖,该遮盖板具有相应于不要涂覆的区域的宽度范围。
固定装置10以能够旋转的方式安装在涂覆装置9中并且在涂覆期间相应于箭头12旋转。
根据该具体实施变化方案的涂覆以喷雾法进行,为此在固定装置10也就是轮齿元件1,2附近设置有至少一个喷嘴13,并且由喷嘴13喷出喷雾14,所述喷雾在朝轮齿元件1,2表面的方向上释放出上述分散体或者溶液。如在图5和6的俯视图中所见,由于轮齿元件1,2在固定装置10上旋转,将相应于图6的遮盖板11带到喷雾14的区域中,使得在该区域中用所述喷雾涂覆遮盖板11,并因此使得位于其下方的轮齿元件1,2的表面不具有涂层。
遮盖板11同样可以固定在固定装置10上,如在图5和6中所示的那样。
由图7可见,所述喷雾装置,尤其是喷嘴13可垂直地,相应于双箭头15在涂覆装置9中移动。通过该垂直的可移动性可以以有利的方式将较大数目的轮齿元件1,2塔状地布置在固定装置10上(如由图7可见的那样)并同时进行涂覆,由此可以降低用于涂覆的成本或者使更高的成品产量成为可能。
图8和9的涂覆装置9基本上相应于图5至7的具体实施变化方案,除了在图8和9的涂覆装置9中未设置遮盖板11并因此在轮齿元件1,2的齿7,8上在360°范围内产生聚合物涂层5。
在该具体实施变化方案中也设计将轮齿元件1,2旋转地固定在固定装置10上,并设有具有喷嘴13的可垂直移动喷雾装置。
所述喷雾装置的垂直可移动性在本发明的范围内不是强制要求的。例如可以仅仅设计用于涂覆的旋转固定装置10。
在这两个具体实施变化方案中用于轮齿元件1,2的固定装置10的旋转速度可以选自这样的范围,该范围的下限为60转/分钟,上限为120转/分钟,例如为90转/分钟。
相比部分涂覆,360°涂覆具有这样的优点,在轮齿元件1,2上不必设置定位标记并由此在传动装置3的装配期间,也就是,在轮齿元件1,2的定位期间不必注意所述定位标记,而是可以将轮齿元件1,2在各个任意的位置上彼此相对地进行安装。由此一方面为安装工人简化了安装或者由此还实现了没有特定的定位识别设备的更高程度的自动化。
实施例:
作为原材料,由烧结钢制造齿轮,所述齿轮具有6.8g/cm3-7.6g/cm3的芯密度并且额外地对所述齿轮进行表面压实,其中邻近表面的区域具有比芯密度更高的密度。在该情况下,轮齿元件1的孔隙率为5%。
随后,在约105℃的温度下用四氯乙烯对该齿轮进行清洗并在真空室中在4毫巴的压力下蒸发掉溶剂。
深度清洗重复进行5次并且之后将干燥的齿轮转移到等离子体处理设备中。在该设备中使用氧等离子体,其中在等离子体气体中的氧比例为99.99%。等离子体处理的温度为60℃,压力为0.4毫巴,并且在此使用频率为2.45GHz的交变电压。
所述等离子体处理在5分钟时间内进行。
之后,相应于图8和9的具体实施变化方案,以喷雾法施加含有作为固体润滑剂的MoS2的由聚酰胺酰亚胺构成的涂层,其中在这种情况下只给仅仅一个齿轮施加单涂层。在此,聚酰胺酰亚胺在聚合物涂层5中的比例为30重量%-70重量%,固体润滑剂的比例为70重量%-30重量%。作为溶剂使用N-甲基吡咯烷酮,其中溶剂的比例为60体积%,基于固体物质计。
在将聚合物涂层5的溶剂蒸发,也就是汽化之后,使聚合物涂层5在70℃-90℃的温度下干燥或者硬化。
在图10中所描绘的是在齿7区域中所述齿轮的经涂覆表面的截面图。该截面是放大系数为500∶1的显微照片。如图10非常明显可见的那样,层厚为18μm-21μm,也就是具有比在现有技术文献中所述的明显更低的层厚公差。
此外,由图10明显可见的是,聚合物涂层5是直接施加到齿7的表面上的,也就是无需在中间设置粘附促进剂层,尤其是磷化层。
采用本发明的方法可以制得1μm-300μm范围内的层厚,取决于为了制备所期望的齿侧间隙4需要什么样的聚合物涂层5的层厚。
所述实施例描述了所述涂覆方法的可能的具体实施变化方案,其中在这些地方可以看出,本发明不限于这些特别描述的具体实施变化方案,而更确切地说,这些单个的具体实施变化方案彼此之间的各种组合也是可能的,并且这些可能的变化方案由于本发明直至技术操作的教导处于本领于技术人员的能力范围之内。还将所有可想象的具体实施变化方案一并包括在保护范围之内,所述具体实施变化方案可以通过所描绘的和所描述的具体实施变化方案的单个细节组合而成。
出于顺序最后要指出的是,为了更好地理解涂覆装置10和轮齿元件1,2的构造,部分不按比例地和/或放大地描绘它们或者它们的构件。
特别是,单个的在图1、2、3;4;5、6、7;8、9;10中所示的具体实施方案可以形成独立的、本发明的技术方案。与此相关的、本发明的目的和技术方案可以从对这些图的详细描述中获得。
附图标记
1轮齿元件
2轮齿元件
3传动装置
4齿侧间隙
5聚合物涂层
6箭头
7齿
8齿
9涂覆装置
10固定装置
11遮盖板
12环状箭头
13喷嘴
14喷雾
15双箭头
Claims (14)
1.制备任选地含有至少一种固体润滑剂的、可磨掉的聚合物涂层(5)的方法,该聚合物涂层在金属轮齿元件(1,2)的齿(7,8)的表面上,该聚合物涂层用于调节两个啮合轮齿元件(7,8)的齿(7,8)之间的齿侧间隙(4),根据该方法在至少一个轮齿元件(7,8)的齿(7)的表面的至少一部分上施加可磨掉的聚合物涂层(5),其特征在于,在施加聚合物涂层(5)之前,将待涂覆的表面在等离子体中进行处理,并且之后将聚合物涂层(5)直接施加到所述表面上。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,作为等离子体使用氧等离子体。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述等离子体处理在这样的温度下实施,该温度选自下限为40℃且上限为100℃的的范围。
4.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,所述等离子体处理在这样的压力下实施,该压力选自下限为0.01毫巴且上限为200毫巴的范围。
5.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,轮齿元件(1,2)的金属表面的表面张力相比在所述处理之前的表面张力提高至少30%,或者,使用这样的轮齿元件,在待涂覆的区域中其表面张力为至少40mN/m。
6.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,所述等离子体处理在具有这样的频率的交变电压下实施,该频率选自下限为10kHz且上限为3GHz的范围。
7.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,在采用等离子体进行处理之前,采用至少一种油溶性清洗剂对待涂覆的表面进行至少一次清洗。
8.根据权利要求7的方法,其特征在于,所述清洗部分情况下在减压下进行。
9.根据权利要求7或8的方法,其特征在于,作为清洗剂使用四氯乙烯。
10.根据前述权利要求中任一项的方法,其特征在于,将所述涂层涂覆在按照烧结法制造的轮齿元件(1,2)上。
11.具有基体的金属轮齿元件(1),所述基体沿着其圆周线具有齿(7),所述齿至少部分地在表面上具有可磨掉的聚合物涂层(5),其特征在于,所述聚合物涂层(5)直接施加在金属表面上。
12.根据权利要求11的轮齿元件(1),其特征在于,所述基体为烧结构件。
13.根据权利要求12的轮齿元件,其特征在于,所述基体至少在邻近表面的区域中具有这样的孔隙率,该孔隙率选自下限为0.1%且上限为20%的范围。
14.具有至少两个啮合轮齿元件(1,2)的传动装置(3),其特征在于,至少一个轮齿元件(1,2)的构成相应于权利要求11至13中任一项。
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