DE102011003020A1

DE102011003020A1 - Spann- und/oder Umlenkrolle aus Kunststoff mit einer nanokristallinen Beschichtung

Info

Publication number: DE102011003020A1
Application number: DE102011003020A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Braun; Nico Kirchhoff
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2012-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spann- und/oder Umlenkrolle (1) für einen Zugmitteltrieb, mit einem Hauptkörper (3) aus einem Kunststoffmaterial, in dem ein Lager (5) zur drehbaren Lagerung des Hauptkörpers (3) eingesetzt ist, wobei der Hauptkörper (3) eine Außenumfangsfläche (9) aufweist, die einem auszulenkenden Zugmittel zugewandt ist, wobei die Außenumfangsfläche (9) zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung (10) versehen ist. Die Erfindung betrifft auch einen Zugmitteltrieb mit einem Zugmittel, wie einem Riemen, der mit derr Umlenkrolle in Kontakt steht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spann- und/oder Umlenkrolle für einen Zugmitteltrieb, mit einem Hauptkörper aus einem Kunststoffmaterial, in dem ein Lager zur drehbaren Lagerung des Hauptkörpers eingesetzt ist, wobei der Hauptkörper eine Außenumfangsfläche aufweist, die einem auszulenkenden Zugmittel zugewandt ist.
Solche Spann und/oder Umlenkrollen sind aus dem Stand der Technik bekannt, bspw. aus der DE 10 2008 030 716 A1 oder der DE 10 2008 035 671 A1 .
Solche Spann- und/oder Umlenkrollen werden in Zugmitteltrieben eingesetzt, um in Kontakt zu geraten mit einem Zugmittel, wie einem Riemen oder einer Kette. Solche Riemen sind im Regelfall als Zahnriemen ausgebildet und werden über einen Spanner, der auf die Spann- und/oder Umlenkrolle wirkt, ausgelenkt. Gegenüber bekannten Spann- und/oder Umlenkrollen vollständig aus Metall, weisen die aus Kunststoff gefertigten Spann- und/oder Umlenkrollen den Vorteil auf, dass durch ihren Einsatz das Gewicht der Spann- und/oder Umlenkrollen reduziert werden kann. Diese weisen den Vorteil auf, dass Sie nicht korrosionsanfällig sind. Allerdings weisen sie Nachteile in puncto Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf.
Dies führt dann zu einem erhöhten Verschleiß und kann in einem frühzeitigen Ausfall der Spann- und/oder Umlenkrolle resultieren, was im Einsatz zu einem Totalausfall des Zugmitteltriebes führen würde. Diese Nachteile gelten insbesondere auch für herkömmliche elektrisch leitfähige Kunststoff-Rollen, die mit Kohlenstoff-Nanotubes (CNT) gefüllt sind.
Darüber hinaus haben Rollen jedoch auch Anforderungen bzgl. einer Vermeidung elektrostatischer Aufladung sowie einer Verbesserung gegenüber Medien, wie z. B. Natriumchlorid, zu erfüllen. Solch elektrostatische Aufladung entsteht durch Schlupf oder elektrische Felder umgebender Systemkomponenten der Steuerelektronik des Fahrzeugs.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, geräuschoptimierte, aus Kunststoff gefertigte Spann- und/oder Umlenkrollen diesbezüglich zu verbessern, eine elektrostatische Aufladung zu verhindern, eine Verbesserung gegenüber aggressiven Medien in puncto Beständigkeit zu erreichen und eine Verbesserung des Verschleißverhaltens zu bewirken. Es soll auch ein Ausfall des Lagers bzw. der Rolle verhindert werden, der bei plötzlicher Entladung zu einem Stromdurchgang durch das Lager auftreten kann.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Außenumfangsfläche der Spann- und/oder Umlenkrolle zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung versehen ist. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit Kunststoffen besonders wirkungsvoll, wenn Kunststoffe mit elektrisch gut leitenden Eigenschaften verwendet werden, mit oder ohne Nanotubes aus Kohlenstoff (CNT).
Die Verschleißfestigkeit und die Formbeständigkeit werden dadurch erhöht. Gleichzeitig wird die Verträglichkeit mit Schmierstoffen und/oder chemischen Stoffverbindungen wie Natriumchlorid verbessert. Desweiteren wirkt die metallische Beschichtung durch ihre Leitfähigkeit einer elektrostatischen Aufladung entgegen. Eine Störung umgebungsnaher elektronischer Komponenten wird dadurch verhindert. Es wird ferner ein Stromdurchgang durch das Lager verhindert, was einen frühzeitigen Ausfall vermeidet. Die Einsatztemperatur der Rollen wird im Vergleich zu nur-Kunststoffrollen bei Beibehaltung der Vorteile erreicht. Auch die für Kunststoffe typische Alterung mit einer einhergehenden Sprödigkeit, d. h. Rissbildung, aufgrund wechselnder Temperaturen oder Lichteinwirkung wird durch die metallische Beschichtung unterbunden. Die Beschichtung kann über PVD-, CVD- oder galvanische Verfahren aufgebracht werden.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Beschichtung ein Übergangsmetall und/oder eine seiner Legierungen umfasst. Auf diese Weise lässt sich besonders wirkungsvoll einer elektrostatische Ladungs-/Entladungsaktivität entgegenwirken. Darüber hinaus stellt eine solche Beschichtung eine wirksame Lösung zur Minimierung des Verschleißes dar.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Beschichtung Nickel und/oder Kobalt und/oder Eisen und/oder Silber und/oder Titan und/oder Kupfer und/oder eine diese umfassende Legierung beinhaltet. Die Beschichtung kann auch ausschließlich aus einem dieser Übergangsmetalle oder Legierungen bestehen.
Wenn die Außenumfangsfläche vollständig mit der Beschichtung bedeckt ist, so ist bzgl. der gesamten Fläche der Spann- und/oder Umlenkrolle, welche mit dem Zugmittel in Kontakt, steht eine geringe Reibung erreicht. Dadurch wird der Verschleiß minimiert und ein Verrutschen des Zugmittels, z. B. des Riemens, auf der Oberfläche der Spann- und/oder Umlenkrolle verhindert, was negative Auswirkungen vermeidet.
Es ist ferner von Vorteil, wenn zwischen dem Lager, insbesondere einem Außenring des Lagers, und der Beschichtung ein elektrischer Isolator, wie Keramik, Glas oder spezieller Kunststoff, vorhanden ist. Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen der metallisch edlen Beschichtung und einem unedlen Lagerring vermieden, wodurch eine „Opferanodenwirkung” des Lagerrings und somit eine frühzeitige Korrosion des Lagerrings bei Kontakt mit Medien, insbesondere korrosiven Medien, vermieden wird.
Als besonders wirkungsvoll hat es sicher herausgestellt, wenn das Lager als Wälzlager ausgebildet ist. Solche Wälzlager können kostengünstig erstanden werden und haben sich bei unterschiedlichsten Belastungen bewährt.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine nanokristalline Metallschicht herausgestellt, insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Beschichtung aus nanokristallinen Bestandteilen aufgebaut ist. Eine solche Nanoschicht, insbesondere eine solche Nanometallschicht, lässt sich besonders hoch belasten und einfach aufbringen.
Um auf erprobtes Material zurückgehen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Hauptkörper Polyamid umfasst. Besonders erfolgreich ist es, wenn das Polyamid PA 66, PA 6, PPS, ABS oder PEEK ist und/oder der Hauptkörper mit Verstärkungsfasern der Gruppe aus Kohlefasern, Glasfasern und Aramidfasern verstärkt ist, z. B. PA 66GF25.
Es ist von Vorteil, wenn die Schichtdicke der Beschichtung im Bereich von 20 bis 500 μm liegt, insbesondere eine Schichtdicke von 100 μm bis 400 μm, insbesondere 250, 350 oder 450 μm aufweist. Die gewünschte hohe mechanische Festigkeit solch dünner Schichten wird über deren Korngröße eingestellt, die vorzugsweise im Mittel < 500 nm, weiter vorteilhafterweise < 400 nm, weiter vorteilhaft zwischen 100 bis 250 nm ist. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche der Beschichtung eine Härte aufweist, die > 300 HV, vorteilhafterweise sogar > 400 HV und insbesondere zwischen 450 und 550 HV beträgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass ein Zugmitteltrieb mit einem Zugmittel, wie einem Riemen, eingesetzt ist, wobei das Zugmittel mit der Beschichtung der erläuterten erfindungsgemäßen Spann- und/oder Umlenkrolle in Kontakt steht.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Spann- und/oder Umlenkrolle mit einer Nanometallschicht auf der Außenumfangsfläche versehen ist.
Die Zeichnung ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung.
In 1 ist eine Spann- und/oder Umlenkrolle 1 eines Zugmitteltriebes dargestellt. Diese Spann- und/oder Umlenkrolle 1 ist im Querschnitt gemäß einer Rotationsachse 2 dargestellt.
Die Spann- und/oder Umlenkrolle 1 weist einen Hauptkörper 3 auf. Der Hauptkörper 3 ist aus Kunststoff gefertigt, nämlich faserverstärktem PA 66.
Der Hauptkörper 3 weist in seinem Inneren um die Rotationsachse 2 herum einen Hohlraum 4 auf, in den ein Lager 5 eingesetzt ist. Das Lager 5 weist einen Innenring 6 und einen Außenring 7 auf, zwischen welchen Kugeln 8 angeordnet sind. Es können aber auch andere Wälzkörper, wie Nadeln, oder sogar Gleitlager eingesetzt werden. Der Hohlraum 4 ist als Bohrung ausgestaltet und das als Wälzlager ausgeführte Lager 5 in den Hohlraum 4 hineingepresst.
Der Hauptkörper 3 weist ferner eine Außenumfangsfläche 9 auf. Auf der Außenumfangsfläche 9 ist eine Beschichtung 10 aufgebracht.
Die Beschichtung 10 erstreckt sich auf der gesamten Außenumfangsfläche 9, umgibt zwei Vorsprünge 11 des Hauptkörpers 3 und erstreckt sich bis kurz vor den Außenring 7 auf einer Unterseite des Hauptkörpers 3. Die Unterseite ist mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
Die Beschichtung 10 tritt nicht in Kontakt mit dem Lager 5, insbesondere nicht mit dem Außenring 7. Auf diese Weise wird die Korrosionsresistenz erhöht. Dies wird durch einen elektrischen Isolator erreicht, welcher in der Zeichnung aus Klarheitsgründen nicht mit einem expliziten Bezugszeichen versehen ist.
Die Beschichtung 10 ist mit einer Dicke von 225 μm ausgebildet, und besteht aus Nano-Eisenpartikeln mit einer mittleren Korngröße von 375 μm.
Die Oberfläche weist eine Härte von 327 HV auf.
Die Außenumfangsfläche 9 der Spann- und/oder Umlenkrolle steht im Einsatz des Zugmitteltriebes in Kontakt mit dem Zugmittel, nämlich einem Riemen.
Bezugszeichenliste

1: Spann- und/oder Umlenkrolle
2: Rotationsachse
3: Hauptkörper
4: Hohlraum
5: Lager
6: Innenring
7: Außenring
8: Kugel
9: Außenumfangsfläche
10: Beschichtung
11: Vorsprung
12: Unterseite

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

DE 102008030716 A1 [0002]
DE 102008035671 A1 [0002]

Claims

Spann- und/oder Umlenkrolle (1) für einen Zugmitteltrieb, mit einem Hauptkörper (3) aus einem Kunststoffmaterial, in dem ein Lager (5) zur drehbaren Lagerung des Hauptkörpers (3) eingesetzt ist, wobei der Hauptkörper (3) eine Außenumfangsfläche (9) aufweist, die einem auszulenkenden Zugmittel zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (9) zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung (10) versehen ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) ein Übergangsmetall und/oder eine seiner Legierungen umfasst.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) Nickel und/oder Kobalt und/oder Eisen und/oder Silber und/oder Titan und/oder Kupfer und/oder eine diese umfassende Legierung beinhaltet.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (9) vollständig mit der Beschichtung (10) bedeckt ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lager (5), insbesondere einem Außenring (7) des Lagers (5), und der Beschichtung (10) ein elektrischer Isolator vorhanden ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) als Wälzlager ausgebildet ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) aus nanokristallinen Bestandteilen aufgebaut ist.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (3) Polyamid umfasst.
Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid PA66 ist und/oder der Hauptkörper (3) mit Verstärkungsfasern der Gruppe aus Kohlefasern, Glasfasern und Aramidfasern verstärkt ist.
Zugmitteltrieb mit einem Zugmittel, wie einem Riemen, der mit der Beschichtung (10) der Spann- und/oder Umlenkrolle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Kontakt steht.