Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einem reibenden
Kontakt ausgesetzten Reib- oder Bremsbelag anzugeben, welcher eine verbesserte
Reibeigenschaft, eine verbesserte Verschleißfestigkeit, eine verbesserte
Dauerfestigkeit und/oder eine verbesserte Hafteigenschaft aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Reib-/Bremsbelag mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass ein Reib- oder Bremsbelag aus einem Grundmaterial und aus mindestens einem,
in Abhängigkeit
der gewünschten
Verschleiß-, Reib-
und/oder Hafteigenschaften der Beschichtung ausgewählten Nanomaterial
besteht.
Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den eingangs genannten
Ansätzen
den Vorteil auf, dass sich durch das bzw. die hinzugefügten Nanomaterialien
die Homogenität
der Reib- und Bremsbeläge über die
Lebensdauer verbessert einstellen lässt. Die Nanomaterialien weisen
zumindest teilweise vollständig
andere mechanische und physikalische Eigenschaften als die üblichen
Materialien mit der gleichen chemischen Zusammensetzung auf. Dadurch
lassen sich durch das Hinzufügen
des bzw. der Nanomaterialien vollständig neue Eigenschaften an
dem Reibkontakt einstellen. Außerdem
lässt sich auf
Grund des vergrößerten Verhältnisses
von Oberfläche
zu Volumen bei Nanomaterialien die Masse der hinzugefügten Partikel
erheblich reduzieren.
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
eine verbesserte Gleichmäßigkeit
auf der mikroskopischen Ebene durch das Hinzufügen des bzw. der Nanomaterialien
erreicht wird. Eine wesentliche höhere makroskopische Verschleißbeständigkeit,
eine gezielt höhere
Reibung der Brems- und Reibbeläge,
eine längere
Lebensdauer, eine Vermeidung von Stick-Slip-Effekten oder dergleichen
können
gezielt durch geeignete Auswahl des oder der Nanomaterialien bewerkstelligt
werden. Auch physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise die
thermische oder elektrische Leitfähigkeit, optische und magnetische
Eigenschaften oder dergleichen lassen sich auf analoge Weise durch
eine geeignete Auswahl des oder der Nanomaterialien herstellen.
In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des
im Patentanspruch 1 angegebenen Belags.
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung besteht das Grundmaterial aus einem Kunststoff,
beispielsweise aus einem Harz. Als besonders geeignetes Harzmaterial
hat sich Epoxid- und Phenolharz herausgestellt. Das Harz liegt vorzugsweise
in flüssiger Form
vor, sodass das bzw. die ausgewählten
Nanomateria lien dem flüssigen
Harz beigemischt werden können.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht das mindestens eine Nanomaterial aus
Graphit, Molybdändisulfid
und/oder aus einem organischen Stoff, wie beispielsweise aus Polytetrafluorethylen,
zur Verbesserung der Reibeigenschaften. Das Nanomaterial wird vorzugsweise
wiederum dem flüssigen
Kunststoff bzw. dem flüssigen
Harz beigemischt.
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht das mindestens eine Nanomaterial aus mindestens einer Keramik
zur Verbesserung der Verschleiß-
und/oder Hafteigenschaften der Beschichtung. Die ausgewählte bzw.
ausgewählten Keramiken
werden vorzugsweise als Nanopulver einem flüssigen Grundmaterial, beispielsweise
einem flüssigen
Harz, beigemischt.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das mindestens eine Nanomaterial
mit nicht haftenden Eigenschaften hinsichtlich einer Haftung an
einem durch den Reib- oder Bremsbelag zu bremsenden Gegenteil ausgebildet.
Somit findet keine Übertragung
des Verschleißes
auf das Gegenteil statt, wodurch die guten Reibeigenschaften aufrechterhalten
bleiben, da der Verschleiß aufgrund
seiner Nicht-Anhaftung an dem Gegenteil nicht als Schmiermittel
dienen kann.
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das mindestens eine Nanomaterial durch Auswahl seiner Zusammensetzung,
seiner Menge und/oder seiner Verteilung im Grundmaterial mit einer
in Abhängigkeit
des Grundmaterials vorbestimmten Temperaturabhängigkeit der Reibeigenschaften
derart ausgebildet, dass die Temperaturabhängigkeit der Reibeigenschaft
des Grundmaterials durch die vorbestimmte Temperaturabhängigkeit
der Reibeigenschaft des mindestens einen Nanomaterials zumindest
teilweise kompensierbar ist. Dadurch kann eine gleichbleibende Bremsleistung
bei unterschiedlichen Temperaturen durch die vorteilhaften Bremsbeläge gewährleistet
werden. Die Nanomaterialien können
derart in ihrer Zusammensetzung, Menge und Verteilung in dem Grundkörper ausgebildet werden,
dass die natürliche
Temperaturabhängigkeit der
Reibung und somit der Bremsleistung des Grundmaterials beispielsweise
durch ein gegenläufiges Temperaturverhalten
der hinzugefügten
Nanomaterialien zumindest teilweise ausgeglichen wird.
Nach
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Belag in unter schiedlichen
Schichttiefen unterschiedliche Nanomaterialien mit unterschiedlichen
Materialeigenschaften auf. Beispielsweise umfasst der Belag an der
Oberfläche
ein Nanomaterial mit besonders geeigneten Reibeigenschaften und
in einer darunter liegenden Schichttiefe ein Nanomaterial mit besonders
geeigneten Verschleißbeständigkeiten
zum Erzielen einer hohen Dauerfestigkeit der Beschichtung. Die einzelnen
Materialien und Schichttiefen sowie Zusammensetzungen und Materialverhältnisse
sind an die gewünschten
Eigenschaften des Belags in den unterschiedlichen Schichttiefen
anzupassen.
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht das mindestens eine Nanomaterial aus einem chemisch und/oder
physikalisch behandelbaren Nanomaterial zur Veränderung beispielsweise der
Bindungseigenschaften, der Oberflächeneigenschaften oder dergleichen.
Dadurch können
die einzelnen Nanomaterialien vor einem Hinzufügen zu dem Grundmaterial mit
den gewünschten Eigenschaften
ausgebildet werden, wodurch nach Einbringung der Nanomaterialien
in die vorgesehenen Tiefen diese speziell ausgewählte Eigenschaften vorteilhaft
aufweisen.
Der
Belag weist beispielsweise zusätzlich mindestens
ein ausgewähltes
Mikropulver auf. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich,
sondern kann bei bestimmten gewünschten
Eigenschaften nützlich
sein.
Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung näher
erläutert,
obwohl es für
einen Fachmann offensichtlich ist, dass der vorliegende Erfindungsgedanke
nicht auf die wiedergegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern
durch den Schutzumfang der Patentansprüche bestimmt ist.
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird als Grundmaterial ein Harz, beispielsweise
ein Phenolharz, in flüssiger
Form verwendet.
Dem
flüssigen
Harz werden anschließend ein
oder mehrere Nanomaterialien derart beigemischt, dass die Beschichtung
bestehend aus dem Grundmaterial Harz und dem bzw. den beigemischten
Nanomaterialien vorbestimmte Reibeigenschaften, Verschleißeigenschaften
und/oder Haftfestigkeitseigenschaften aufweist.
Im
Gegensatz zu beispielsweise Gleitlagern ist es bei vorliegenden
Reib- und Bremsbelägen
von großer
Bedeutung, dass zwischen der Grundfläche des Belages und dem zugeordneten,
zu bremsenden Gegenteil keinerlei als Schmiermittel auftretender Verschleißübertrag
vorhanden ist, welcher den Reibwert der Vorrichtung in nicht gewünschter
Weise verringert. Somit darf keine Übertragung des Verschleißes des
den Reib- und Bremsbelag aufweisenden Grundteils auf das zugeordnete
zu bremsende Gegenteil auftreten. Um dies zu gewährleisten, kann beispielsweise
ein Nanopulver in das Grundmaterial eingebracht werden, welches
hinsichtlich einer Anhaftung an dem zu bremsenden Gegenteil mit
nicht haftenden Eigenschaften ausgebildet ist. Aufgrund dieser nicht
haftenden Eigenschaften wird der Verschleiß bei einer Relativbewegung
zwischen dem Grundteil und dem zugeordneten Gegenteil aus dem Kontaktbereich
herausgetragen und verbleibt in diesem vorteilhaft nicht als trennender
Film zurück.
Dadurch entsteht ein verbesserter bzw. erhöhter Reibwert.
Die
beigemischten Nanomaterialien können ganz
unterschiedliche chemische und werkstoffliche Zusammensetzungen
aufweisen. Beispielsweise sind für
die Verbesserungen der Reibeigenschaften Nanomaterialien aus Graphit,
Molybdändisulfid
oder Polytetrafluorethylen oder andere chemische Zusammensetzungen
vorteilhaft. Zum Verbessern der Verschleißbeständigkeit und/oder der nicht
haftenden Eigenschaften hinsichtlich der Anhaftung eines Verschleißes an einem
zugeordneten Gegenteil können beispielsweise
Nanomaterialien aus Keramiken verwendet werden. Metallhaltige Nanomaterialien
werden vorteilhaft dem flüssigen
Harz beigemischt, um die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die
elektrische und thermische Leitfähigkeit,
optische oder magnetische Eigenschaften, Klebefestigkeiten, Oberflächenaffinitäten oder
dergleichen gezielt einzustellen.
Zum
Gewährleisten
einer auch bei sich ändernden
Temperaturen gleichbleibenden Bremsleistung der Reib- und Bremsbeläge werden
vorzugsweise derartige Nanomaterialien dem Grundmaterial beigefügt, welche
eine etwaige Temperaturabhängigkeit
der Reibeigenschaft des Grundmaterials zumindest teilweise kompensieren.
Beispielsweise kann die Zusammensetzung, die Menge und/oder die
Verteilung des Nanomaterials in dem Grundmaterial derart angepasst
werden, dass die Temperaturabhängigkeit
der Reibung und somit der Bremsleistung vom entsprechend ausgewählten Grundmaterial
durch beispielsweise ein gegenläufiges
Temperaturverhalten der zugesetzten Nanoma terialien zumindest teilweise
ausgeglichen wird. Dadurch wird insgesamt ein Reib- und Bremsbelag
geschaffen, welcher auch bei unterschiedlichen Temperaturen vorteilhaft
in etwa eine gleichbleibende Bremsleistung liefert.
Die
beigemischten Nanomaterialien können beispielsweise
vor der Beimischung mittels geeigneter Verfahren vorbehandelt werden.
Dadurch können neben
dem Einsatz von chemisch reinen Nanomaterialien auch chemisch und/oder
physikalisch modifizierte Materialien eingesetzt werden. Vorteilhaft
werden die Nanomaterialien chemisch, beispielsweise mittels Säuren, Laugen,
Salzen oder dergleichen, oder physikalisch, beispielsweise mittels
einer radioaktiven Bestrahlung, einer Magnetisierung oder dergleichen,
vor der Beimischung geeignet behandelt. Dadurch können beispielsweise
gezielte chemische Bindungen zwischen den Nanoteilchen und dem Grundmaterial
bewerkstelligt werden, welche die Gesamteigenschaften der Beschichtung
in gewünschter Weise
in Abhängigkeit
der Materialauswahl, der Mengenauswahl und der Verteilung der Nanoteilchen
beeinflussen.
Die
oben genannten Nanomaterialien können
entweder alleine oder in vorbestimmten Mischverhältnissen zusammen oder in jeder
erdenklichen Kombination dem Grundmaterial beigemischt werden, in
Abhängigkeit
von den jeweils gewünschten Eigenschaften
der hergestellten Beschichtung.
Insbesondere
bei Belägen
von einem reibenden Kontakt ausgesetzten Maschinenteilen bzw. bei Reib-
und Bremsbelägen
sind Zusammensetzungen vorteilhaft, welche in verschiedenen Schichttiefen
unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise
ist für
die Oberflächenschicht
eine vorbestimmte Verschleißbeständigkeit
mit einem bestimmten Abrieb für
einen vorbestimmten Reibwert und vorbestimmte Hafteigenschaften
des Verschleißes
gewünscht,
sodass dem Grundmaterial in der oberen Schichttiefe beispielsweise
ein Nanokeramikpulver hinzugefügt
wird, welches diese Anforderungen erfüllt. Ferner kann der Schichtoberfläche auch
ein Nanopulver bestehend aus Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetrafluorethylen
beigemischt werden, um die Reibeigenschaften der oberen Schicht
der Beschichtung in gewünschter
Weise zu verändern,
wie oben bereits erläutert.
Dies
ist lediglich als exemplarische Ausführung zu verstehen, wobei für einen
Fachmann offensichtlich ist, dass verschiedene Nanomaterialien mittels
verschiedener Verfahren in die einzelnen Schichttiefen der Beschichtung
zum Erzielen vorbestimmter Materialeigenschaften dieser Schichttiefen einbringbar
sind.
Des
Weiteren können
zusätzlich
zu dem oder den Nanomaterialien auch geeignete Mikromaterialien,
insbesondere Mikropulver, dem flüssigen Harz
beigemischt werden, um speziell gewünschte Materialeigenschaften
der Beschichtung zu erreichen.
Somit
schafft die vorliegende Erfindung einen Belag, welcher eine gegenüber den
eingangs genannten Ansätzen
verbesserte Gleichmäßigkeit
auf mikroskopischer Ebene aufweist. Ferner wird einen Belag mit
einer wesentlich höheren
mikroskopischen Verschleißbeständigkeit,
mit einer gezielt höheren Reibung,
mit einer längeren
Lebensdauer und ohne Stick-Slip-Effekten erreicht. Die physikalischen
Eigenschaften, wie beispielsweise die thermische und elektrische
Leitfähigkeit,
optische und magnetische Eigenschaften, oder dergleichen, lassen
sich auf die oben beschriebene Weise analog gezielt einstellen.
Zudem
lässt sich
mit Hilfe von Nanofüllstoffen
auch die Homogenität
von Gleitlagern über
die Lebensdauer besser steuern, wobei die Menge an Füllstoffen
reduziert werden kann.
Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.