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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktschicht, die auf der Oberfläche eines metallischen Elements angebracht ist, das in relativer Bewegung zu einem anderen metallischen Element ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktschicht oder eine Kombination aus Kontaktschichten, die auf Gelenkverbindungen aufgebracht sind, die von einer Kugelgelenkart sind. Die Erfindung ist von besonderem Vorteil für Anwendungen auf dem Luftfahrtgebiet, für die die Verwendung von Legierungen, wie bspw. Titanlegierungen, Nickellegierungen oder bestimmte Arten von Stahl wegen ihrer mechanischen Temperatur, Ermüdung, Gewichtseinsparungseigenschaften notwendig sind, aber auch wegen ihrer begrenzten Lebensdauer.
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Stand der Technik
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In der Luftfahrtindustrie ist es bekannte Praxis, ein metallisches Kugelgelenk zu verwenden, um zwei Elemente, wie bspw. einen Verbindungsstab und einen strukturellen Teil translatorisch relativ zueinander festzulegen, während eine relative Rotationsbewegung dieser Elemente ermöglicht wird.
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Ein solches Kugelgelenk, das bspw. in
EP1431597 beschrieben ist, umfasst üblicherweise einen metallischen Innenring und einen metallischen Außenring. Eine Innenfläche des Innenrings ist dazu ausgelegt, an einer Welle befestigt zu werden, während ihre äußere Fläche im Wesentlichen kugelförmig ist und dazu geeignet ist, mit einer entsprechenden Innenfläche eines Außenrings zusammenzuwirken. Der Innenring und der Außenring haben folglich drei gemeinsame Rotationsfreiheitsgrade, während sie einander in Translation unterworfen sind. Der Innenring kann aus zwei verbundenen Elementen zusammengesetzt sein, wobei jeder im transversalen Querschnitt eine C-Form hat.
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Um ein Leichtmetallkugelgelenk zu erhalten, ist es vorteilhafte Praxis, den Innen- und den Außenring aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung mit einer niedrigen Dichte, insbesondere Titan und Titanlegierungen, zu bilden. Es kann auch eine Notwendigkeit sein, Ringe aus Nickellegierungen oder bestimmten Stahlgraden herzustellen, um eine zufriedenstellende mechanische Stärke zu garantieren. Jedoch machen die Verschleißeigenschaften der voranstehend genannten Metalle und Metalllegierungen es nicht möglich, den Verschleiß der Gelenke unter dynamischer Last mit relativen Bewegungen zwischen den Innen- und Außenringen oder zwischen dem Innenring und der Welle zu verhindern.
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Um dieses Problem zu mildern, ist es bekannte Praxis, Beschichtungen zu verwenden, um die Kontaktflächen des Kugelgelenks zu schützen, wie in
FR 2 907 468 und
EP 2 048 389 beschrieben ist. Dünne Beschichtungen von hoher Härte können auf eine erste Kontaktfläche durch Abscheiden aus der Dampfphase (VPD) aufgebracht werden. Dicke Beschichtungen aus Kupferlegierungen, die eine geringere Härte und ein Opferverschleißverhalten im Vergleich zu den voranstehend beschriebenen VPD-Schichten besitzen, können auf einer zweiten Kontaktfläche aufgebracht werden.
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Jedoch haben die Beschichtungen, die durch thermisches Spritzen erlangt werden, eine geringe Dicke von 150 bis 250 µm nach der Endbearbeitung, eine reduzierte Adhäsion, was das Risiko eines Abblättern impliziert, und eine limitierte Kohäsion, was eine signifikante Verschleißrate verursacht, die die Lebensdauer der Gelenke und die Belastungskapazität der Gelenke begrenzt.
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Des Weiteren ist das Aufbringen der Beschichtungen durch ein thermisches Spritzverfahren auf inneren Oberflächen mit geringem Durchmesser im Allgemeinen nicht möglich, ohne die Qualität der Beschichtung zu beeinflussen. Aufgrund dieser Beeinträchtigung wird der äußere Kugelgelenkring im Allgemeinen durch ein VPD-Verfahren beschichtet und die kugelförmige Fläche des Innenrings wird im Allgemeinen durch ein thermisches Spritzverfahren beschichtet. Diese Konfiguration ist aus einer mechanischen Sicht nicht optimal. Tatsächlich sollten Beschichtungen, die ein Opferverschleißverhalten besitzen, auf der Fläche mit der kleineren kinematischen Länge aufgebracht werden, wodurch ermöglicht, die Konformität des Kontakts trotz des Verschleißes davon aufrechtzuerhalten.
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Schließlich bestimmen die Beschränkungen der thermischen Spritzverfahren auch die Verwendung eines röhrenförmigen Lagers aus einer Bronzelegierung, die zwischen dem Innenring und der Welle eingesetzt ist, um den Verschleiß zwischen diesen zwei Oberflächen zu verhindern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf, diese voranstehend genannten Nachteile zu beheben.
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Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf, eine Kontaktschicht, die auf der Oberfläche eines metallischen Elements in relativer Bewegung gegen ein anderes metallisches Element, bspw. für eine Anwendung in einem Gelenkverbindungssystem, wie bspw. einem Kugelgelenk, aufgebracht ist, bereitzustellen, die ein stabiles Verhalten und eine verbesserte Lebensdauer für erhöhte Lastkapazitäten bietet.
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Die Erfindung betrifft eine Kontaktschicht, die auf einer Innenfläche eines ersten metallischen Elements aufgebracht ist, das dazu beabsichtigt ist, in relativer Bewegung gegen eine Fläche eines zweiten metallischen Elements zu sein, wobei die Schicht durch ein Verfahren gebildet ist, das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:
- (a) Einbringen und Befestigen des metallischen Elements in eine zylindrische Gussform, wobei eine Innenfläche, die die Schicht aufnehmen soll, frei von dem Inneren der Gussform ist;
- (b) Einbringen des Materials, das die Schicht bilden soll, in die Gussform;
- (c) Rotieren der Form mit schrittweise zunehmender Geschwindigkeit, wobei die Imprägnierung der Fläche unter der Wirkung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird;
- (d) Härten der Schicht und Abkühlen des Elements;
- (e) Extrahieren des Elements aus der Gussform.
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Dank der Erfindung wird die Kontaktschicht mit einer Innenfläche des Elements durch Schleudergießen abgeschieden. Das Verfahren hat keinen Einfluss auf das metallischen Grundmaterial des Rings, ob es an der Oberfläche oder an der inneren Schicht ist.
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Ein anderer Vorteil des Verfahrens ist, dass ermöglicht wird, eine Schicht einer definierten Dicke aufzubringen, die besonders dick im Vergleich zu den Schichten sein kann, die mit anderen bekannten Verfahren aufgebracht werden. Folglich ist es möglich, einen Abschnitt, bspw. eine Nut, direkt auf der Kontaktschicht maschinell zu bearbeiten, wobei die Wände des maschinell bearbeiteten Abschnitts dennoch mit der Kontaktschicht bedeckt sind. Es ist nicht länger notwendig, zuerst maschinell zu bearbeiten, und dann die Kontaktschicht aufzubringen, wobei die Dicke innerhalb eines maschinell bearbeiteten Abschnitts durch die bekannten Verfahren schlecht kontrolliert werden kann.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch eine bessere chemische Adhäsion zwischen der ordnungsgemäß abgelagerten Kontaktschicht und dem metallischen Grundmaterial der Oberfläche des Rings, was folglich das Risiko einer Delamination der Kontaktschicht reduziert.
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Die Kontaktschicht, die durch Schleudern abgeschieden wird, hat eine bessere Kohäsion durch eine erhöhte metallurgische Kontinuität der Oberflächenqualität, was den Verschleißwiderstand der Schicht verbessert. Es ist auch möglich, die Zusammensetzung des Materials, das die Kontaktschicht bildet, gemäß der gewünschten Anwendung bei einem standardisierten Ring abzustufen.
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Schließlich wird die Innenfläche des metallischen Elements mit einer Kontaktschicht bedeckt, wobei deren Material speziell für eine relative Bewegung gegen eine Oberfläche eines anderen metallisches Elements ausgewählt ist, wobei diese andere Oberfläche möglicherweise ebenfalls mit einer Kontaktschicht, die ähnlich oder verschieden ist, bedeckt ist oder nicht.
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Gemäß anderen vorteilhaften, aber nicht zwingenden Merkmalen der Erfindung ist eine solche Kontaktschicht eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 50 bis 90 Gew.-% ist und ebenfalls die folgenden Merkmale allein oder in jeder technisch zulässigen Kombination umfassen kann:
- - Die Schicht umfasst ferner andere Elemente, die Aluminium, dessen Gehalt 5 bis 15 Gew.-% ist, Nickel, dessen Gehalt 2 bis 8 Gew.-% ist, und Eisen, dessen Gehalt 1 bis 7 Gew.-% ist, umfassen.
- - Die Kontaktschicht ist eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 70 bis 90 Gew.-% ist, und andere Elemente aufweist, die Nickel, dessen Gehalt 10 bis 20 Gew.-% ist, und Zinn mit einem Gehalt zwischen 5 und 12 Gew.-% umfassen.
- - Die Kontaktschicht hat eine Oberflächenhärte zwischen 50 und 400 HB und vorteilhafterweise zwischen 150 und 300 HB.
- - Die Kontaktschicht hat eine Dicke zwischen 20 und 2000 µm und vorteilhafterweise zwischen 100 und 300 µm.
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Gemäß anderen vorteilhaften, aber nicht zwingenden Merkmalen der Erfindung ist eine solche Kontaktschicht eine Zinnlegierung, deren Zinngehalt 75 bis 95 Gew.-% ist, und ebenfalls die folgenden Merkmale alleine oder in jeder technisch möglichen Kombination umfassen kann:
- - Die Kontaktschicht umfasst ferner andere Elemente, wie bspw. Antimon, dessen Gehalt 5 bis 15 Gew.-% ist, und Kupfer mit einem Gehalt zwischen 2 und 10 Gew.-%.
- - Die Kontaktschicht hat eine Oberflächenhärte zwischen 20 und 40 HB.
- - Die Kontaktschicht hat eine Dicke zwischen 50 und 300 µm.
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Gemäß anderen vorteilhaften, aber nicht zwingenden Merkmalen der Erfindung umfasst die Kontaktschicht eine erste untere Schicht, die aus einer Kupferlegierung gemäß einem der vorherigen Ausführungsformen gebildet ist, und eine zweite obere Schicht, die auf die erste Schicht aufgebracht ist und aus einer Zinnlegierung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen gebildet ist, und ebenfalls die folgenden Merkmale alleine oder in jeder technisch möglichen Kombination umfassen kann:
- - Die erste untere Schicht hat eine Dicke zwischen 100 und 300 µm.
- - Die zweite obere Schicht hat eine Dicke zwischen 2 und 20 µm.
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Die Erfindung betrifft auch ein Gelenkteil, das ein erstes metallisches Element mit einer Innenfläche, die mit einer ersten Kontaktschicht gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen versehen ist, und ein zweites metallisches Element mit einer zweiten Oberfläche aufweist, wobei die ersten und zweiten Elemente in relativer Bewegung mittels der ersten und zweiten Oberfläche sind.
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Gemäß anderen vorteilhaften, aber nicht zwingenden Merkmalen der Erfindung kann das Gelenkteil ebenfalls die folgenden Merkmale allein oder in jeder technisch möglichen Kombination umfassen:
- - Das erste und das zweite Element sind aus Titanlegierung gebildet.
- - Das erste und das zweite Element sind aus Nickellegierung gebildet.
- - Das erste und das zweite Element sind aus Stahl gebildet.
- - Die zweite Fläche des zweiten Elements ist nicht mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen.
- - Die zweite Fläche des zweiten Elements ist mit einer zweiten Kontaktschicht mit einer Härte größer als die der ersten Kontaktschicht der ersten Fläche des ersten Elements versehen.
- - Die zweite Schicht hat einen trockenen Rutsch-Reibungskoeffizienten von weniger als 0,5 und vorteilhafterweise weniger als 0,2.
- - Die zweite Schicht hat einen geschmierten Rutsch-Reibungskoeffizienten von weniger als 0,2 und vorteilhafterweise weniger als 0,12.
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Gemäß anderen vorteilhaften, aber nicht zwingenden Merkmalen der Erfindung wird die zweite Kontaktschicht durch ein thermisches Spritzverfahren auf die zweite Oberfläche des zweiten Elements, insbesondere durch Plasmaspritzen, durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder HVOF, oder durch Kaltspritzen, abgeschieden und kann ebenfalls die folgenden Merkmale allein oder in jeder zulässigen Kombination umfassen:
- - Die zweite Kontaktschicht umfasst Wolframcarbid, dessen Gehalt zwischen 50 und 90 Gew.-% ist.
- - Die zweite Kontaktschicht umfasst ebenfalls Kobalt, dessen Gehalt 5 bis 25 Gew.-% ist.
- - Die zweite Kontaktschicht umfasst andere Elemente, wie bspw. Chrom, dessen Gehalt zwischen 0 und 10 Gew.-% ist, und/oder Nickel, dessen Gehalt zwischen 0 und 30 Gew.-% ist.
- - Die zweite Kontaktschicht hat eine Oberflächenhärte zwischen 500 und 2000 HB und vorteilhafterweise zwischen 800 und 1500 HB.
- - Die zweite Kontaktschicht hat eine Dicke zwischen 10 und 2000 µm und vorteilhafterweise zwischen 50 und 200 µm.
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Gemäß anderer vorteilhafter, aber nicht zwingender Merkmale der Erfindung wird die zweite Kontaktschicht durch ein Gasphasenkondensationsverfahren oder „Physikalische Gasphasenablagerung“ oder PVD abgeschieden und kann auch die folgenden Merkmale allein oder in jeder zulässigen Kombination umfassen:
- - Die zweite Kontaktschicht besteht aus einer Carbon-Beschichtung aus einer Diamantart, „diamant-ähnliches Carbon“ oder DLC.
- - Die zweite Kontaktschicht aus DLC umfasst ferner zusätzliches Metall.
- - Das Metall kann Wolfram, Titan, Silizium oder Nickel sein.
- - Die Konzentration des Metalls ist zwischen 3 und 20 Gew.-%.
- - Die zweite Kontaktschicht des DLC hat eine Oberflächenhärte zwischen 800 und 5000 HB und vorteilhafterweise zwischen 1200 und 2500 HB.
- - Die zweite Kontaktschicht aus DLC hat eine Dicke zwischen 1 und 20 µm und vorteilhafter zwischen 2 und 5 µm.
- - Alternativ umfasst die zweite Kontaktschicht Chromnitrid.
- - Die zweite Kontaktschicht aus Chromnitrid hat eine Oberflächenhärte zwischen 100 und 2800 HB und vorteilhafterweise zwischen 1500 und 2300 HB.
- - Die zweite Kontaktschicht aus Chromnitrid hat eine Dicke zwischen 1 und 50 µm und vorteilhafterweise zwischen 5 und 25 µm.
- - Alternativ umfasst die zweite Kontaktschicht eine erste untere Schicht, die ein Metall aufweist, und eine zweite obere Schicht, die nach der ersten Schicht aufgebracht wird und aus DLC zusammengesetzt ist.
- - Die erste untere Schicht umfasst Chromnitrid.
- - Die erste untere Schicht besteht aus einer metallischen Verbindungsschicht, die Chrom, Titan oder Silizium mit einer Dicke zwischen 0,02 und 5 µm und vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 1 µm aufweist.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften, aber nicht zwingendem Aspekt der Erfindung besteht das Gelenkteil gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen aus einem Kugelgelenk und kann die folgenden Merkmale allein oder in jeder technisch möglichen Kombination umfassen:
- - Das erste Element besteht aus einem Außenring, wobei eine Innenfläche mit einer ersten Kontaktschicht gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen versehen ist.
- - Das zweite Element besteht aus einem Innenring, wobei eine Außenfläche mit einer zweiten Kontaktschicht gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen versehen ist.
- - Die inneren und äußeren Oberflächen sind kugelförmig.
- - Der Innenring ist mit einer zentralen Bohrung versehen.
- - Die zentrale Bohrung ist mit einer Kontaktschicht gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen versehen.
- - Die zentrale Bohrung ist mit einem Lager versehen.
- - Das Lager ist aus Bronze hergestellt.
- - Das Lager ist mit einer inneren zylindrischen Fläche versehen, die mit einer Kontaktschicht gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen versehen ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung, die rein als nicht limitierendes Beispiel gegeben wird, besser verstanden.
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Die Beschreibung wird mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen gegeben, in denen:
- 1 ein transversaler Querschnitt eines Kugelgelenks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, das auf einer Welle montiert ist, und
- 2 eine schematische Ansicht des Ausschnitts III der 1 mit einem größeren Maßstab ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt ein Gelenkteil von einer Kugelgelenkart, die insgesamt mit 1 bezeichnet wird.
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Das Kugelgelenk 1 umfasst einen Innenring 3 und einen Außenring 7. Diese Ringe sind jeweils aus einer Titanlegierung, bspw. TA6V, zusammengesetzt. Alternativ sind diese Ringe aus einer Nickellegierung oder aus Stahl zusammengesetzt.
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Der Außenring umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 7A. Der Außenring umfasst ebenfalls eine kugelförmige Innenfläche 7B, genauer gesagt in der Form von Kugelabschnitten, die an der Außenfläche 7A durch Seitenwände 7C verbunden sind.
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Der Innenring 3 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 3A, die dazu ausgebildet ist, gegen den äußeren Umfang einer entsprechenden zylindrischen Welle 9 angeordnet zu sein. Der Innenring 3 umfasst ebenfalls eine Außenfläche 3B mit einem kugelförmigen Profil, genauer gesagt in der Form von Kugelabschnitten, die denen der Innenfläche 7B des Außenrings 7 entsprechen. Der Innenring 3 und der Außenring 7 haben folglich relativ zueinander drei Rotationsfreiheitsgrade. Die Innenfläche 3A und die Außenfläche 3B des Innenrings 3 sind miteinander durch Seitenwände 3C verbunden. Diese Seitenwände 3C des Innenrings 3 kragen im axialen Querschnitt auf beiden Seiten der Seitenwände 7C des Außenrings 7 in der Position der 1 aus, in der die zylindrische Fläche 7A koaxial zu der Welle 9 ist. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Innenring 3 auch eine zylindrische Hülse haben, die zwischen seiner Innenfläche 3A und dem äußeren Umfang der Welle 9 eingepasst ist. Diese Hülse kann bspw. aus Bronze hergestellt sein.
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Das Kugelgelenk 1 umfasst auch eine erste Kontaktschicht und eine zweite Kontaktschicht 8 und 4, die jeweils auf den kugelförmigen Flächen 7B und 3B des Außenrings 7 und des Innenrings 3 abgeschieden sind. Die erste Kontaktschicht 8, die auf der Fläche 7B abgeschieden ist, bildet einen Teil des Außenrings 7 und bildet die Kontaktfläche des Außenrings 7, die dazu beabsichtigt ist, mit dem Innenring 3 in der Zusammenwirkzone Z zusammenzuwirken. Genauso bildet die zweite Kontaktschicht 4, die auf der Fläche 3B abgeschieden ist, einen Teil des Innenrings 3 und bildet die Kontaktfläche des Innenrings 3, die dazu beabsichtigt ist, mit dem Außenring in der Zusammenwirkzone Z zusammenzuwirken.
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Die Kontaktschichten 4 und 8 haben jeweils spezielle Eigenschaften, die dazu ausgebildet sind, den Reibungskoeffizienten an dem Interface zwischen dem Innenring 3 und dem Au-ßenring 7 zu verbessern. Genauer gesagt hat die zweite Kontaktschicht 4, die auf die Außenfläche 3B des Innenrings 3 hinzugefügt ist, eine Härte, die größer ist als die Härte der ersten Kontaktschicht 8 auf der Innenfläche 7B des Außenrings 7.
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Besonders vorteilhaft hat die zweite Kontaktschicht 4, die auf die Außenfläche 3B des Innenrings 3 aufgebracht ist, einen trockenen Rutsch-Reibungskoeffizienten von weniger als 0,5, bevorzugt weniger als 0,2 und einen geschmierten Rutsch-Reibungskoeffizienten von weniger als 0,2, bevorzugt weniger als 0,12.
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Gemäß einer nicht dargestellten ersten Ausführungsform ist die zweite Kontaktschicht 4 auf der Außenfläche 3B des Innenrings 3 durch ein thermisches Spritzverfahren auf der zweiten Fläche des zweiten Elements, insbesondere durch Plasmaspritzen, durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder HVOF, oder durch Kaltspritzen, abgeschieden.
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Die zweite Kontaktschicht 4 umfasst Wolframcarbid mit einem Gehalt von 50 bis 90 Gew.-%. Die zweite Kontaktschicht kann ebenfalls Kobalt mit einem Gehalt von 5 bis 25 Gew.-% und mögliche andere Element aufweisen, wie bspw. Chrom mit einem Gehalt zwischen von 0 und 10 Gew.-% und/oder Nickel mit einem Gehalt zwischen 0 und 30 Gew.-%.
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Gemäß dieser ersten Ausführungsform hat die zweite Kontaktschicht 4 eine Oberflächenhärte zwischen 500 und 2000 HB, bevorzugt zwischen 800 und 1500 HB und hat eine Dicke zwischen 10 und 2000 µm, bevorzugt zwischen 50 und 200 µm.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die zweite Kontaktschicht 4 durch ein Gasphasenkondensationsverfahren oder „Physikalische Gasphasenablagerung“ oder PVD abgeschieden.
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Gemäß einer ersten Variante dieser zweiten Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, besteht die zweite Kontaktschicht 4 aus einer Carbon-Beschichtung einer Diamantart oder „diamantähnliches Carbon“ DLC. Die zweite Kontaktschicht 4 aus DLC kann ferner zusätzliches Metall, wie bspw. Wolfram, Titan, Silizium oder Nickel aufweisen, wobei deren Konzentration zwischen 3 und 20 Gew.-% liegt.
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Gemäß dieser Variante hat die zweite Kontaktschicht 4 aus DLC eine Oberflächenhärte zwischen 800 und 5000 HB, bevorzugt zwischen 1200 und 2500 HB und hat eine Dicke zwischen 1 und 200 µm, bevorzugt zwischen 2 und 5 µm.
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Gemäß einer zweiten Variante dieser zweiten Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, umfasst die zweite Kontaktschicht 4 Chromnitrid. Die zweite Kontaktschicht 4 hat eine Oberflächenhärte zwischen 100 und 2800 HB, bevorzugt zwischen 1500 und 2300 HB und hat eine Dicke zwischen 1 und 50 µm, bevorzugt zwischen 5 und 25 µm.
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Gemäß einer dritten Variante dieser zweiten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, umfasst die zweite Kontaktschicht 4 eine erste untere Schicht 6, die ein Metall aufweist, und eine zweite obere Schicht 41, die auf der ersten Schicht 6 aufgebracht ist und aus DLC zusammengesetzt ist. Bspw. kann die erste untere Schicht 6 Chromnitrid aufweisen andernfalls besteht die erste untere Schicht 6 aus einer metallischen Verbindungsschicht, die Chrom, Titan oder Silizium mit einer Dicke zwischen 0,02 und 5 µm und vorteilhafterweise zwischen 0,1 und 1 µm aufweist.
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Gemäß einer nicht dargestellten dritten Ausführungsform ist die Außenfläche 3B des Innenrings 3 nicht mit einer Kontaktschicht versehen, wobei das Grundmaterial des Rings in direktem Kontakt mit der Kontaktschicht 8 der Innenfläche 7B des Außenrings 7 ist.
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Gemäß der Erfindung wird die erste Kontaktschicht 8 auf der Innenfläche 7B des Außenrings 7 gemäß einem Verfahren abgelagert, das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:
- (a) Einbringen und Befestigen des metallischen Außenrings 7 in einer zylindrischen Gussform, wobei die Innenfläche 7B, die die Schicht 8 aufnehmen soll, frei von dem Inneren der Gussform ist;
- (b) Einbringen des Materials, das die Schicht 8 bilden soll, in die Gussform;
- (c) Rotieren der Gussform mit schrittweise zunehmender Geschwindigkeit, wobei die Imprägnierung der Fläche 7B unter der Wirkung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird;
- (d) Härten der Schicht 8 und Kühlen des Außenrings 7; und
- (e) Extrahieren des Außenrings 7 aus der Form.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine solche Kontaktschicht eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 50 bis 90 Gew.-% ist.
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Die Schicht 8 kann ferner andere Elemente aufweisen, die Aluminium, dessen Gehalt 5 bis 15 Gew.-% ist, Nickel, dessen Gehalt 2 bis 8 Gew.-% ist, Eisen, dessen Gehalt 1 bis 7 Gew.-% ist, umfassen. Alternativ ist die Kontaktschicht 8 eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 70 bis 90 Gew.-% ist, und andere Elemente aufweist, die Nickel, dessen Gehalt 10 bis 20 Gew.-% ist, und Zinn mit einem Gehalt zwischen 5 und 12 Gew.-% umfassen. Alternativ ist die Kontaktschicht 8 eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 70 bis 90 Gew.-% ist, und die andere Elemente aufweist, die Nickel, dessen Gehalt 30 bis 40 Gew.-% ist, und Indium, dessen Gehalt 2 bis 8 Gew.-% ist, umfassen. Gemäß noch einer anderen Alternative ist die Kontaktschicht eine Kupferlegierung, deren Kupfergehalt 70 bis 90 Gew.-% ist, und die andere Elemente aufweist, die Aluminium, dessen Gehalt 5 bis 15 Gew.-% ist, Eisen mit einem Gehalt von im Wesentlichen 1 Gew.-% und Graphit umfassen.
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Gemäß dieser ersten Ausführungsform hat die Kontaktschicht 8 eine Oberflächenhärte zwischen 50 und 400 HB, bevorzugt zwischen 150 und 300 HB, und hat eine Dicke zwischen 20 und 2.000 µm, bevorzugt zwischen 100 und 300 µm.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist eine Kontaktschicht 8 eine Zinnlegierung, wobei der Zinngehalt 75 bis 95 Gew.-% ist. Die Kontaktschicht 8 kann ebenfalls andere Elemente, wie bspw. Antimon, dessen Gehalt 5 bis 15 Gew.-% ist, und Kupfer, dessen Gehalt zwischen 2 und 10 Gew.-% ist, aufweisen.
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Gemäß dieser zweiten Ausführungsform hat die Kontaktschicht eine Oberflächenhärte zwischen 20 und 40 HB und hat eine Dicke zwischen 50 und 300 µm.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, umfasst die Kontaktschicht 8 eine erste untere Schicht, die durch eine Kupferlegierung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen gebildet ist, und eine zweite obere Schicht, die auf die erste Schicht aufgebracht ist und durch eine Zinnlegierung gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen gebildet ist. Die erste untere Schicht hat eine Dicke zwischen 100 und 300 µm, wohingegen die zweite obere Schicht eine Dicke zwischen 2 und 20 µm hat.
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Ferner können die technischen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen insgesamt oder nur einige von ihnen miteinander kombiniert werden. Folglich kann das Kugelgelenk hinsichtlich der Kosten, der Leistungsfähigkeit und der Einfachheit der Implementierung angepasst werden. Die vorliegende Erfindung wurde für ein Gelenkteil einer Kugelgelenkart als eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann auf jede Art von Gelenkteil angewendet werden und allgemeiner auf jede Vorrichtung, die ein erstes metallisches Element mit einer ersten Fläche und ein zweites metallisches Element mit einer zweiten Fläche aufweist, wobei die zwei Elemente in relativer Kontaktbewegung sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1431597 [0004]
- FR 2907468 [0006]
- EP 2048389 [0006]
