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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers mit einem Gleitpartner und einem Gegengleitpartner, wobei eine Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners mit einer Gleitschicht beschichtet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Gleitlager, das gemäß einem derartigen Verfahren hergestellt wird.
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Bei Lagerungen im Maschinen- und Gerätebau werden neben Wälzlagern häufig auch Gleitlager eingesetzt. Im Gleitlager findet eine Gleitreibung zwischen zwei in direktem Kontakt stehenden Lagerabschnitten statt. Ein wünschenswertes Ziel bei Gleitlagern ist es, wartungsfreie und/oder wartungsarme Gleitlager bereitzustellen. Beispielsweise werden dazu Gleitlager mit einer Gleitschicht ausgebildet, die metallische und/oder polymere Bestandteile aufweisen kann, wobei auch imprägnierte Gewebe und dergleichen zum Einsatz kommen.
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Die Druckschrift
DE 29 13 745 A1 , beschreibt einen Schichtwerkstoff, insbesondere als Gleitschicht für ein Gleitlager. Der Schichtwerkstoff weist eine metallische Stützschicht und eine darauf angebrachte Kunststoffschicht auf. In der Kunststoffschicht sind Metallteilchen angeordnet. Die Kunststoffschicht ist dabei als eine thermoplastische Kunststoffmatrix ausgebildet, wobei die Kunststoffschicht direkt auf eine aufgeraute Oberfläche der Stützschicht aufgeschmolzen ist. Das Aufrauen der Oberfläche erfolgt dabei mechanisch, beispielsweise durch Strahlen, Bürsten und/oder Schleifen.
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Bei derartigen mechanischen Verfahren entsteht Schleifstaub, der sich in Nuten des mit der Gleitschicht zu belegenden Lagerbauteiles absetzen kann, die für die Aufnahme von Dichtungen vorhanden sind. An diesen Stellen entstehen Undichtigkeiten bis zu einem Verrutschen oder Herausfallen der Dichtung, was ein Eindringen von Fremdstoffen in das Gleitlager begünstigt und damit eine Wartung erforderlich macht, im schlimmsten Fall eine Lebensdauer des Gleitlagers signifikant reduziert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers bereitzustellen, welches die kostengünstige Fertigung von wartungsfreien Gleitlagern ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers mit einem Gleitpartner (und einem Gegengleitpartner, wobei eine Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners mit einer Gleitschicht beschichtet wird, dadurch gelöst, dass die Oberfläche vor dem Beschichten mit der Gleitschicht einer nichtmechanischen Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Oberflächenpolarität, Entfettung und/oder Erhöhung der Oberflächenbenetzbarkeit unterzogen wird. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein nach diesem Verfahren hergestellten Gleitlager. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers vorgeschlagen. Das Gleitlager ist zur Lagerung und/oder Verbindung von ansonsten mechanisch getrennten Strukturteilen ausgebildet. Das Gleitlager weist einen Gleitpartner und einen Gegengleitpartner auf. Gleitpartner und Gegengleitpartner bilden insbesondere Lagerpartner des Gleitlagers. Insbesondere sind Gleitpartner und Gegengleitpartner lösbar aneinander befestigt und/oder befestigbar. Vorzugsweise bilden Gleitpartner und Gegengleitpartner zwei Ringe oder Lagerringe, insbesondere zwei konzentrische Lagerringe, um eine gemeinsame Lagerachse. Gleitpartner und Gegengleitpartner sind um die gemeinsame Lagerachse vorzugsweise drehbar und/oder schwenkbar. Gleitpartner und Gegengleitpartner sind insbesondere relativ zueinander verdrehbar.
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Der Gleitpartner und der Gegengleitpartner weisen jeweils eine Oberfläche auf. Insbesondere ist/sind die Oberfläche(n) einer Gleitfläche zwischen dem Gleitpartner und dem Gegengleitpartner zugewandt ausgebildet. Die Oberflächen sind beispielsweise Zylindermantelflächen oder Stirnflächen der Ringe. Beispielsweise sind Gleitpartner und Gegengleitpartner als konzentrische zylindrische Ringe um die Lagerachse ausgebildet, wobei die äußere Zylindermantelfläche des inneren Ringes eine der Oberflächen bildet und die innere Zylindermantelfläche des äußeren Ringes eine weitere der Oberflächen bildet. Ferner können Gleitpartner und Gegengleitpartner an axialen Stirnflächen aneinander gleiten, wobei die kontaktierenden Stirnflächen die Oberflächen aufweisen.
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Die Oberfläche des Gleitpartners und/oder die Oberfläche des Gegengleitpartners weist eine Gleitschicht auf. Ist lediglich eine Gleitschicht am Gleitpartner vorhanden, so steht die Oberfläche des Gegengleitpartners im Gleitkontakt zur Gleitschicht. Ist lediglich eine Gleitschicht am Gegengleitpartner vorhanden, so steht die Oberfläche des Gleitpartners im Gleitkontakt zur Gleitschicht. Sind sowohl der Gleitpartners als auch der Gegengleitpartner an den behandelten Oberflächen mit einer Gleitschicht versehen, so stehen die beiden Gleitschichten zueinander in Gleitkontakt.
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Die Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners wird vor dem Beschichten mit der Gleitschicht einer nicht mechanischen Oberflächenbehandlung unterzogen. Die nicht mechanische Oberflächenbehandlung ist beispielsweise eine chemische, eine physikalische und/oder eine elektrochemische Oberflächenbehandlung. Die nicht mechanische Oberflächenbehandlung dient der Erhöhung der Oberflächenpolarität, der Erhöhung der Oberflächenbenetzbarkeit, der Entfettung und/oder der Verbesserung von Wechselwirkung zwischen Gleitschicht und Oberfläche. Ferner kann die Oberflächenbehandlung zur Oberflächenaktivierung ausgebildet sein und im Speziellen ein Strukturieren, ein Reinigen und/oder ein Anrauen der Oberfläche umfassen. Insbesondere kann die nicht mechanische Oberflächenbehandlung als eine kontaktfreie Oberflächenbehandlung ausgebildet sein. Mittels der nicht mechanischen Oberflächenbehandlung kann eine deutlich bessere Verklebung und/oder Verbindung von Gleitschicht und Oberfläche erreicht werden, und insbesondere ein feuchtigkeitsresistentes Gleitlager bereitgestellt werden.
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Dieser Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch die Verwendung einer nicht mechanischen Oberflächenbehandlung ein kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern bereitgestellt werden kann. Bei der bisherigen Verwendung von mechanischen Oberflächenbehandlungen, beispielsweise durch Sandstrahlen oder anderweitige mechanische Vorbehandlung, tauchen beispielsweise immer wieder Probleme durch das Verkeilen von Sandkörnern und/oder von Abrieb oder Schleifstaub auf. Solche Sandkörner und/oder Abriebe können sich in einer Nut zur Anbringung einer Dichtung für ein Gleitlager verkeilen und eine Montage und/oder Dichtungsfunktion stark erschweren. Insbesondere ist bei mechanischen Verfahren eine gründliche Nachkontrolle nötig und gegebenenfalls Nacharbeiten zum Entfernen von Abrieb und/oder Sandkörnern vorzusehen. Durch die Verwendung der nicht mechanischen Oberflächenbehandlung kann dieses Problemfeld ausgeschlossen werden und eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Gleitlagern gewährleistet werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Oberflächenbehandlung eine Koronabehandlung der zu beschichtenden Oberfläche umfasst. Dabei wird die Oberfläche in der Oberflächenbehandlung beispielsweise einer elektrischen Entladung ausgesetzt. Die elektrische Entladung erfolgt beispielsweise mit einer Hochspannung von mehr als zehn kV, im Speziellen von mehr als zwanzig kV. Vorzugsweise ist die Spannung der Hochspannungsentladung kleiner als vierzig kV. Durch die Hochspannungsentladung und/oder bei der Koronabehandlung werden Ionen in der Nähe der Oberfläche erzeugt, wobei die Ionen mit hoher Energie auf die Oberfläche treffen. Mittels der Ionen und/oder der Koronabehandlung wird die Oberfläche teilweise oxidiert und/oder chemisch verändert. Beispielsweise wird dazu die Oberfläche in der Koronabehandlung mit Ozon, Stickoxiden, Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid behandelt, wobei das Ozon, die Stickoxide und/oder das Kohlenstoffmonoxid und/oder -dioxid in der Hochspannungsentladung erzeugt werden. Die Koronabehandlung erfolgt vorzugsweise bei Atmosphärendruck und ist beispielsweise als ein kaltes Plasmaverfahren ausgebildet. Bei der Koronabehandlung werden auf der zu behandelnden Oberfläche vorhandene Verunreinigungen, insbesondere in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen, verändert und/oder insbesondere radikalisch gespalten und damit abgebaut.
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Optional ist es vorgesehen, dass die Oberflächenbehandlung eine Plasmabehandlung der Oberfläche umfasst. Insbesondere ist die Plasmabehandlung eine Behandlung mit einem Edelgasplasma. Vorzugsweise ist das Edelgasplasma ein Argon-Plasma. Das Edelgasplasma wird beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung an einer Elektrode erzeugt, wobei Argon-Atome ionisiert werden und ein Plasma dadurch gezündet wird. Die Reaktivität der Ionen ist insbesondere so stark, dass Elektronen aus chemischen Bindungen auf der Oberfläche entfernt werden. Insbesondere kann das Plasma auch ein Molekülplasma sein, im Speziellen ist das Plasma ein Luftplasma. Mittels des Plasmas erfolgt an der Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartnerseine Polarisierung. Auf diese Weise kann aus einer ursprünglich unpolaren Oberfläche des Gleitpartners und/oder Gegengleitpartners ein polares Umfeld und/oder eine polare Oberfläche erzeugt werden. Die Erzeugung des Plasmas erfolgt vorzugsweise über eine Wechselstromanregung. Alternativ kann das Plasma mittels einer Gleichstromanregung erfolgen. Das Plasma wird beispielsweise an einer Plasmadüse erzeugt, wobei kontaktfrei beispielsweise heißt, dass die Plasmadüse nicht in Kontakt mit der Oberfläche tritt. Der Plasmastrahl aus einer Plasmadüse ist vorzugsweise länger als zwei Millimeter und im Speziellen länger als zehn Millimeter.
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Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein nicht mechanisches Oberflächenverfahren bereitzustellen, welches kostengünstig betreibbar ist und eine effektive Herstellung von Gleitlagern ermöglicht.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Oberflächenbehandlung eine Laserbehandlung der Oberfläche umfasst. Die Laserbehandlung ist beispielsweise eine Laserablation und/oder ein Materialabtrag mittels eines Lasers. Die Laserbehandlung erfolgt vorzugsweise mit einem Kurzpulslaser. Alternativ erfolgt die Laserbehandlung mit einem Dauerstrichlaser. Insbesondere wird bei der Laserbehandlung der Oberfläche eine Mikrostrukturierung ausgebildet.
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Die Gleitschicht ist vorzugsweise gleichförmig und/oder durchgängig auf der Oberfläche angeordnet. Alternativ wird die Gleitschicht abschnittsweise oder partiell auf die Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners aufgetragen.
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Die Gleitschicht wird insbesondere durch metallische und/oder polymere Materialien ausgebildet. Insbesondere ist die Gleitschicht als ein selbsttragendes Gebilde ausgestaltet. Insbesondere umfasst die Gleitschicht eine textile Trägerschicht, wie ein Gewebe oder dergleichen, das mit mindestens einem Gleitmaterial, das mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Polymer umfassen kann, imprägniert und/oder beschichtet ist. Die Gleitschicht dient einer Förderung des Gleitens und/oder einer Reduzierung des Gleitwiderstandes zwischen Gleitpartner und Gegengleitpartner. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Gleitschicht zur Verschleißreduzierung und/oder zu Korrosionsschutzzwecken auf der Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners aufgebracht ist.
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Die Gleitschicht kann eine oder mehrere Schichtlagen umfassen, wobei weiterhin textile Trägermaterialien als Träger solcher Schichtlagen vorhanden sein können.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Gleitschicht metallisch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Gleitschicht eine Edelstahlschicht, eine Titanschicht oder eine Kupferschicht. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Gleitschicht eine nichtmetallische Schicht ist oder umfasst, wie beispielsweise eine Glasschicht oder eine Kunststoffschicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gleitschicht eine Graphenschicht ist oder umfasst.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gleitschicht mindestens einen polymeren Bestandteil umfasst. Beispielsweise umfasst die Gleitschicht mindestens eine Kunststoffschicht. Der Kunststoff ist beispielsweise durch Polytetrafluorethylen, Polyamid oder Polyester gebildet. Insbesondere kann die Gleitschicht eine textile Trägerschicht, wie ein Gewebe, umfassen, beispielsweise ein Kunststoffgewebe.
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Auch Gleitschichten sind verwendbar, bei denen sowohl metallische Schichten als auch polymere Schichten vorhanden sind und/oder bei denen Metall-Kunststoff-Composit-Schichten vorhanden sind.
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Die Gleitschicht weist bevorzugt eine Dicke kleiner als einen Millimeter, insbesondere kleiner als einen halben Millimeter, auf.
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Beispielsweise umfasst die Gleitschicht mindestens eine in einem galvanischen Prozess, einem PVD- und/oder einem CVD-Prozess gebildete Schichtlage.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Gleitschicht auf die Oberfläche des Gleitpartners und/oder die Oberfläche des Gegengleitpartners aufgeklebt wird. Vorzugsweise wird jede Gleitschicht mit der Oberfläche des Gleitpartners beziehungsweise der Oberfläche des Gegengleitpartner verpresst. Das Aufkleben, Verkleben und/oder Verpressen von Gleitpartner und/oder Gegengleitpartner mit der Gleitschicht erfolgt nach der Oberflächenbehandlung. Die Oberflächenbehandlung ist insbesondere dazu ausgebildet, die Verbindung durch Verpressen, Verkleben und/oder Aufkleben von Gleitpartner und/oder Gegengleitpartner mit der Gleitschicht zu verbessern. Beispielsweise wird durch die nicht mechanische Oberflächenbehandlung die Polarität der Oberfläche so verändert, dass die Wechselwirkung von Gleitschicht und Gleitpartner und/oder Gegengleitpartner vergrößert wird und die Gleitschicht stärker an der Oberfläche haftet.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Gleitpartner und/oder der Gegengleitpartner aus einem Metall gefertigt werden. Insbesondere werden Gleitpartner und Gegengleitpartner aus einem gleichen Material, beispielsweise gleichen Metall, gefertigt. Alternativ werden Gleitpartner und Gegengleitpartner aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Besonders bevorzugt ist es, dass der Gleitpartner und der Gegengleitpartner aus einem Stahl gebildet werden. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Gleitpartner und/oder der Gegengleitpartner aus Aluminium, aus Kupfer oder aus einer Metall-Legierung gefertigt werden. Aber auch Gleitpartner und/oder Gegengleitpartner aus Kunststoff sind einsetzbar.
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Optional ist es vorgesehen, dass die Oberflächenbehandlung zur Erzeugung einer Schwärzung der Oberfläche und/oder einer Verfärbung der Oberfläche ausgebildet ist. Somit wird bei der Oberflächenbehandlung ein Indikatormaß für die Oberflächenbehandlung bereitgestellt.
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Das Beschichten mit der Gleitschicht umfasst insbesondere ein Verkleben und/oder ein Verpressen von Gleitschicht und Gleitpartner und/oder von Gleitschicht und Gegengleitpartner. Das Verpressen kann dabei derart eingesetzt werden, dass die Gleitschicht eine Plattierung auf der berfläche ausbildet.
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Beispielsweise können vor einem Verklebeschritt und/oder einem Verpressschritt Gleitpartner und/oder Gegengleitpartner aussortiert werden, deren Oberflächen nicht genügend geschwärzt und/oder verfärbt sind und somit nicht der geforderten Qualität entsprechen. Die Schwärzung der Oberfläche durch die Oberflächenbehandlung wird beispielsweise durch eine Oxidation der Oberfläche erzeugt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers bereitzustellen, welches durch Reduzierung des Ausschusses und/oder von Nacharbeiten eine kostengünstige Herstellung von Gleitlagern ermöglicht.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Gleitlager, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers gebildet ist. Das Gleitlager umfasst den Gleitpartner und den Gegengleitpartner, wobei auf einer Oberfläche des Gleitpartners und/oder des Gegengleitpartners eine Gleitschicht aufgebracht ist, wobei die Oberfläche, auf der die Gleitschicht aufgebracht ist, einer nicht mechanischen Oberflächenbehandlung unterzogen wurde.
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Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren sowie deren Beschreibung. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Gleitlagers als ein Ausführungsbeispiel;
- 2a, 2b und 2c einen Schnitt durch den Gleitpartner aus 1.
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1 zeigt schematisch die perspektivische Ansicht eines Gleitlagers 1 mit einem Schnitt durch das Gleitlager 1. Das Gleitlager 1 ist beispielsweise als ein Gelenklager ausgebildet. Das Gleitlager 1 weist einen Gleitpartner 2 in Form eines Lageraußenrings und einen Gegengleitpartner 3 in Form eines Lagerinnenrings auf. Gegengleitpartner 3 und Gleitpartner 2 sind als zwei konzentrische Lagerringe ausgebildet, wobei der Gleitpartner 2 als ein mittig geteilter Lagerring ausgeführt ist. Zwischen dem Gegengleitpartner 3 und dem Gleitpartner 2 ist eine Gleitschicht 4 angeordnet. Die Gleitschicht 4 ist als ein Belag auf der Innenseite der nach innen weisenden kugelkalottenförmigen Oberfläche 6 des Gleitpartners 2 (vergleiche 2 a bis 2c) angeordnet. Gleitpartner 2 und Gegengleitpartner 3 sind um eine Lagerachse 5 gegeneinander verdrehbar. Die nach außen weisende kugelkalottenförmige Oberfläche des Gegengleitpartners 3 kann eine weitere, nicht im Detail dargestellte Gleitschicht aufweisen. Die Lagerachse 5 bildet insbesondere die Symmetrieachse für Gleitpartner 2 und/oder Gegengleitpartner 3. Gleitpartner 2 und/oder Gegengleitpartner 3 sind hier aus einem Stahl gefertigt, wobei die Gleitschicht 4 hier umfassend mindestens eine Kunststoffschicht aus PTFE und ein textiles Trägergewebe ausgebildet ist. Die Gleitschicht 4 weist hier eine Dicke kleiner als einen halben Millimeter auf.
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2a zeigt eine Schnittdarstellung lediglich des Gleitpartner 2 aus dem Gleitlager 1 der 1. Der Gleitpartner 2 weist Nuten 8 auf, in welche nicht dargestellte ringförmige Dichtungen eingebracht werden, die eine Abdichtung des Gleitpartners 2 gegenüber dem Gegengleitpartner 3 und damit eine Abdichtung des Gleitlagers 1 gegenüber Fremdstoffen bewirken sollen. Die Oberfläche 6 des Gleitpartners 2, welche zu der Lagerachse 5 hin weist, also nach radial innen gerichtet ist, bildet die Oberfläche 6, welche mit der Gleitschicht 4 beschichtet wird. In dem nicht behandelten Zustand, also vor der nichtmechanischen Oberflächenbehandlung, ist die Oberfläche 6 als eine glatte, insbesondere unpolare, Oberfläche ausgebildet, hier eine Stahloberfläche. Bei der Oberflächenbehandlung wird die Oberfläche 6 nichtmechanisch behandelt. Die Oberflächenbehandlung erfolgt dabei in Form einer Plasmabehandlung, beispielsweise einer Edelgasplasmabehandlung. Bei der Oberflächenbehandlung wird die Oberfläche 6 polarisiert und/oder deren Oberflächenbenetzbarkeit verbessert. Beispielsweise erfolgt bei der Oberflächenbehandlung eine Aufrauhung der Oberfläche 6 und/oder eine Entfettung der Oberfläche 6 und/oder eine Mikrostrukturierung der Oberfläche 6.
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2b zeigt den Gleitpartner 2 aus 2a, wobei die Oberfläche 6' in diesem Zustand schon der Oberflächenbehandlung unterzogen wurde. Die behandelte Oberfläche 6' weist hier mikroskopisch gesehen eine größere freie Oberfläche als die Oberfläche 6 aus 2a auf. Die Vergrößerung der freien Oberfläche erfolgt beispielsweise durch das Einbringen von Mikrostrukturierungen 7. Die Mikrostrukturierungen 7 können auch durch eine Laserablation als Oberflächenbehandlung eingebracht werden. Die Oberfläche 6' in 2b weist eine vergrößerte Oberflächenpolarität und/oder verbesserte Oberflächenbenetzbarkeit als die Oberfläche 6 aus 2a auf. Auf die so oberflächenbehandelte Oberfläche 6' wird in einem weiteren Schritt die Gleitschicht 4 aufgebracht.
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2c zeigt den Gleitpartner 2 aus 2b, auf den die Gleitschicht 4 aufgebracht wurde. Dabei ist auf die Oberfläche 6', welche bereits der Oberflächenbehandlung unterzogen wurde, die Gleitschicht 4 aufgetragen. Die Gleitschicht 4 wird beispielsweise durch Kleben auf die Oberfläche 6' aufgebracht. Insbesondere können die Gleitschicht 4 und der Gleitpartner 2 dabei miteinander unter definiertem Druck gegeneinander gepresst werden, sodass die Gleitschicht 4 vollflächig an der behandelten Oberfläche 6' haftet. Alternativ kann eine Gleitschicht 4 aufgepresst werden, beispielsweise unter Ausbildung einer Plattierung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitlager
- 2
- Gleitpartner
- 3
- Gegengleitpartner
- 4
- Gleitschicht
- 5
- Lagerachse
- 6
- Oberfläche
- 6'
- (behandelte) Oberfläche
- 7
- Mikrostrukturierung
- 8
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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