DE102022124577A1

DE102022124577A1 - Schichtanordnung zur reibungserhöhenden Verbindung

Info

Publication number: DE102022124577A1
Application number: DE102022124577.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kurrle
Original assignee: Apt Advanced Plating Tech GmbH; Apt Advanced Plating Technologies GmbH
Current assignee: Apt Advanced Plating Tech GmbH; Apt Advanced Plating Technologies GmbH
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Eine Schichtanordnung (10) zur reibungserhöhenden Verbindung von zu fügenden Bauteilen (81, 82) weist ein Substrat (20) mit einer ersten Seite (201) und mit einer zur ersten Seite (201) entgegengesetzten zweiten Seite (202) auf, welches Substrat (20) eine erste Aussparung (30), mindestens einen ersten Abschnitt (71) und mindestens einen zweiten Abschnitt (72) aufweist, welcher erste Abschnitt (71) derart geformt ist, dass die Größe der ersten Aussparung (30) in eine Richtung (70) senkrecht zur Schichtanordnung (10) abnimmt, welches Substrat (20) in dem mindestens einen zweiten Abschnitt (72) auf der ersten Seite (201) und auf der zweiten Seite (202) mit einer Funktionsschicht (41, 42) und mit von der Funktionsschicht (41, 42) gehaltenen Hartstoffpartikeln (61, 62) versehen ist, wobei im ersten Abschnitt (71) auf einer zur ersten Aussparung (30) hin gerichteten Seite (75) keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel vorgesehen sind

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtanordnung zur reibungserhöhenden Verbindung, eine Anordnung mit einer solchen Schichtanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung.
Die EP 3 450 775 B1 zeigt ein Verbindungselement mit einem Metallsubstrat und mit mittels einer metallischen Bindemittelschicht auf dem Metallsubstrat befestigten Hartpartikeln, bei welchem Verbindungselement eine Öffnung mit nach innen gerichteten Fortsätzen vorgesehen ist, um eine Befestigung des Verbindungselements an einem Bauteil durch ein sich durch die Öffnung erstreckendes Befestigungselement zu ermöglichen und damit ein Verrutschen des Verbindungselements während der Verbindung des Bauteils mit einem zweiten Bauteil zu verhindern. Das Vorsehen der nach innen gerichteten Fortsätze erhöht die Gefahr, dass diese bei einer Entfernung des Befestigungselements, wie dies beispielsweise bei einer Wartung des Bauteils erforderlich ist, beschädigt werden. In einem solchen Fall kann zum einen das Verbindungselement nicht wiederverwendet bzw. neu positioniert werden, und zum anderen führen abgerissene Teile der Fortsätze bei einer erneuten Verbindung der Bauteile zu einer Verschlechterung der Qualität der Verbindung oder zu einer Beschädigung anderer Teile.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Schichtanordnung, eine neue Anordnung mit einer Schichtanordnung und ein neues Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung bereit zu stellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die nebengeordneten Ansprüche.
Eine Schichtanordnung zur reibungserhöhenden Verbindung von zu fügenden Bauteilen weist ein Substrat mit einer ersten Seite und mit einer zur ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite auf, welches Substrat eine erste Aussparung, mindestens einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher erste Abschnitt derart geformt ist, dass die Größe der ersten Aussparung in eine Richtung senkrecht zur Schichtanordnung abnimmt, welches Substrat in dem mindestens einen zweiten Abschnitt auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite mit einer Funktionsschicht und mit von der Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikeln versehen ist, wobei im ersten Abschnitt auf einer zur ersten Aussparung hin gerichteten Seite keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel vorgesehen sind.
Durch die abnehmende Größe der Aussparung kann ein Befestigungsmittel eine Kraft in diesem Bereich ausüben, und es ist eine passgenaue und einfache Positionierung und Befestigung der Schichtanordnung an einem Bauteil möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Aussparung zumindest abschnittsweise einen runden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt auf. Bei diesen Querschnitten ragt kein Vorsprung in die Aussparung hinein, und die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung der Schichtanordnung im Bereich der Aussparung bei einer Wartung wird vermindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtanordnung

- auf der ersten Seite,
- auf der zweiten Seite, oder
- auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Aussparung durch eine Kante des Substrats definiert, welche Kante zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite verläuft und zumindest abschnittsweise schräg zur ersten Seite verläuft, und welcher mindestens eine erste Abschnitt im Bereich der Kante ausgebildet ist. Der Schräge Verlauf wird bei dieser Ausführungsform durch die Kante gebildet, und nicht durch die erste Seite oder zweite Seite. Dies ermöglicht eine flache Ausführung der Schichtanordnung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Substrat einen kragenförmigen Abschnitt auf, und der mindestens eine erste Abschnitt ist auf der der ersten Aussparung zugewandten Seite des kragenförmigen Abschnitts ausgebildet. Der kragenförmige Abschnitt ermöglicht eine gute Positionierung der Schichtanordnung an einem Bauteil mit einer entsprechenden Aussparung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der kragenförmige Abschnitt auf der von der ersten Aussparung abgewandten Seite zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel auf. Der kragenförmige Abschnitt kann hierdurch gut in eine entsprechende Aussparung in einem Bauteil hinein gleiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der kragenförmige Abschnitt einen dritten Abschnitt auf, welcher dritte Abschnitt auf der der ersten Aussparung zugewandten Seite eine zylinderförmige Kontur oder eine polygonförmige Kontur aufweist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein gutes Hineingleiten des dritten Abschnitts in eine entsprechend Aussparung und erhöht durch die vergrößerte Oberfläche einen Klemmeffekt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der kragenförmige Abschnitt zumindest abschnittsweise einen runden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt auf. Derartige Querschnitte sind gut auszubilden und ermöglichen eine definierte Klemmwirkung in einer zugeordneten Aussparung in einem Bauteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steht der kragenförmige Abschnitt gegenüber dem benachbarten Bereich der Schichtanordnung um eine Länge hervor, welche Länge im Bereich 1 mm bis 50 mm liegt, bevorzugt im Bereich 2 mm bis 30 mm und besonders bevorzugt im Bereich 2 mm bis 10 mm. Hierdurch kann eine gute Positionierung der Schichtanordnung an einem Bauteil über Ausnehmungen im Bauteil erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Funktionsschichten jeweils eine metallische Bindephase auf, in welcher metallischen Bindephase die Hartstoffpartikel fixiert sind. Metallische Bindephasen ermöglichen eine gute Fixierung von Hartstoffpartikeln und eine vorteilhafte Herstellung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat als metallisches Substrat ausgebildet. Metall ermöglicht eine stabile Ausgestaltung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die metallische Bindephase mindestens einen Werkstoff auf, der ausgewählt ist aus einer Werkstoffgruppe bestehend aus:

- Nickel,
- Kupfer,
- Cobalt,
- Chrom,
- Zink,
- Kupferlegierung,
- Legierung auf Kuper-Zinn-Basis,
- Nickellegierung,
- Legierung auf Nickel-Phosphor-Basis, und
- Legierung auf Nickel-Zinn-Basis.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hartstoffpartikel mindestens einen Hartstoff auf, der ausgewählt ist aus einer Hartstoffgruppe bestehend aus:

- Diamant,
- kubisches Bornitrid,
- Siliciumnitrid,
- Borcarbid,
- Wolframcarbid,
- Siliciumcarbid,
- Titanborid, und
- Aluminiumoxid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hartstoffpartikel eine mittlere Größe auf, die im Bereich von 5 µm bis 90 µm liegt, bevorzugt im Bereich von 7 µm bis 70 µm, und besonders bevorzugt im Bereich von 10 µm bis 60 µm. Diese mittleren Größen haben sich als vorteilhaft für die Reibungserhöhung erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtanordnung eine Dicke auf, die im Bereich von 13 µm bis 2.000 µm liegt, bevorzugt im Bereich von 13 µm bis 500 µm. In diesem Bereich kann zum einen eine gute Reibwerterhöhung erzielt werden, und zum anderen ist die Schichtanordnung ausreichend eigenstabil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtanordnung weitere Aussparungen auf, um eine Befestigung zweier Bauteile mit einem Verbindungselement zu ermöglichen, welches sich durch eine der weiteren Aussparungen erstreckt. Hierdurch kann eine Reibwerterhöhung im Bereich um das Verbindungselement herum erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Abschnitt gegenüber der ersten Seite zumindest abschnittsweise einen Winkel auf, welcher im Bereich 20° bis 85° liegt, bevorzugt im Bereich 25° bis 80° und besonders bevorzugt im Bereich 30° bis 65°. Diese Winkelbereiche ermöglichen eine gute Krafteinwirkung eines Befestigungsmittels derart, dass die Schichtanordnung gegen ein Bauteil mit einer Kraft beaufschlagt und an diesem gehalten wird.
Eine Anordnung hat ein erstes Bauteil, ein zweites Bauteil und eine solche Schichtanordnung, und die Schichtanordnung ist zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist. Die Schichtanordnung kann hierdurch eine reibwerterhöhende Funktion zwischen den Bauteilen erfüllen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung ein Befestigungsmittel auf, welches Befestigungsmittel gegen den mindestens einen ersten Abschnitt anliegt und den mindestens einen ersten Abschnitt mit einer Kraft gegen das erste Bauteil beaufschlagt, wobei sich das Befestigungsmittel bevorzugt durch die erste Aussparung erstreckt. Dies ermöglicht einen sicheren Halt der Schichtanordnung an dem ersten Bauteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsmittel als Schraube oder als Stift ausgebildet, insbesondere als Passstift. Die Befestigung ist hierdurch einfach.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungsmittel in der ersten Aussparung versenkt und steht damit nicht auf der ersten Seite des Substrats hervor. Hierdurch ist es nicht erforderlich, dass das zweite Bauteil im Bereich des Befestigungsmittels eine Aussparung aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Bauteil eine zweite Aussparung auf, in welche sich das Befestigungsmittel hinein erstreckt, welche zweite Aussparung bevorzugt ein Innengewinde aufweist. Das Befestigungsmittel kann hierdurch gut befestigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Bauteil eine zweite Aussparung mit einer Fase auf, und die Schichtanordnung liegt zumindest abschnittsweise gegen die Fase an, wobei die Fase bevorzugt zumindest abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch wird die Positionierung der Schichtanordnung relativ zum ersten Bauteil erleichtert.
Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schichtanordnung weist die folgenden Schritte auf:

A) Das Substrat wird mit mindestens einem Befestigungselement an einer Bewegungsvorrichtung befestigt, welches Befestigungselement sich durch die erste Aussparung des Substrats erstreckt, an den mindestens einen ersten Abschnitt des Substrats anliegt und diesen ersten Abschnitt abdeckt;
B) Das Substrat wird zusammen mit der Bewegungsvorrichtung in einem Elektrolytbad bewegt, welches Elektrolytbad Hartstoffpartikel aufweist, und die Schichtanordnung wird unter Herstellung der Funktionsschichten mit den von den Funktionsschichten gehaltenen Hartstoffpartikeln auf dem Substrat hergestellt.

Das Befestigungselement kann hierdurch sowohl eine Befestigungsfunktion als auch eine Abdeckfunktion erfüllen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bewegungsvorrichtung ein Formelement auf, das Substrat wird während der Beschichtung durch das Befestigungselement gegen das Formelement mit einer Kraft beaufschlagt, und das Formelement ist dazu eingerichtet, das Substrat abschnittsweise abzudecken. Hierdurch können weitere Bereiche des Substrats um die Aussparung herum abgedeckt und nicht beschichtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Formelement ein elastisches Material auf, insbesondere einen elastischen Kunststoff. Die Abdeckwirkung kann mit einem solchen Formelement gut erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird durch eine Krafteinwirkung des Befestigungselements ein kragenförmiger Abschnitt am Substrat zumindest teilweise geformt. Die Ausbildung des kragenförmigen Abschnitts ist hierdurch im Zusammenhang mit der Beschichtung möglich.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:

1 in einer Draufsicht ein erstes Bauteil mit daran vorgesehenen reibwerterhöhenden Schichtanordnungen,
2 in einer Seitenansicht das erste Bauteil von 1 mit einem an diesem befestigten zweiten Bauteil,
3 in einem Querschnitt eine Detaildarstellung einer der Schichtanordnungen von 1,
4 in einer Draufsicht von einer ersten Seite die Schichtanordnung von 3,
5 in einer Draufsicht von einer zweiten Seite die Schichtanordnung von 3,
6 in einem Querschnitt die Schichtanordnung von 3, mit Abstand zum ersten Bauteil von 1,
7 in einer Darstellung entsprechend 6 die am ersten Bauteil anliegende Schichtanordnung,
8 in einer Darstellung entsprechend 7 die am ersten Bauteil durch ein Befestigungsmittel fixierte Schichtanordnung,
9 in einem Querschnitt eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Schichtanordnung von 1,
10 in einer Draufsicht eine Schichtanordnung mit einer Aussparung mit polygonförmigem Querschnitt,
11 in einer Draufsicht eine ringförmige Schichtanordnung,
12 in einem schematischen Querschnitt ein erstes Bauteil mit der Schichtanordnung und mit einem Passstift,
13 in einer schematischen Schnittdarstellung eine Beschichtungsvorrichtung, und
14 in schematischer Schnittdarstellung eine Befestigung für die Schichtanordnung bei der Beschichtung.

Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
1 zeigt beispielhaft eine Bauteil 81, welches im Ausführungsbeispiel als Flansch ausgebildet ist, insbesondere für eine Windkraftanlage. Das Bauteil 81 hat Durchgangsöffnungen 91, durch welche Schrauben bzw. Bolzen zur Verbindung des ersten Bauteils 81 mit einem zweiten Bauteil gesteckt werden können. Im Bereich der Verbindungsfläche ist eine Schichtanordnung 10 vorgesehen, welche Aussparungen 32 für die Bolzen und Aussparungen 30 zur Befestigung der Schichtanordnung 10 am Bauteil 81 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel ist die Schichtanordnung 10 als Segment ausgebildet, und es sind zwölf Schichtanordnungen 10 vorgesehen. Dies erleichtert bei großen Bauteilen 81 die Herstellung und den Transport der Schichtanordnungen 10.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung 80 mit dem Bauteil 81 und einem Bauteil 82, welche über Schrauben bzw. Bolzen 93 mit zugordneten Muttern 94 miteinander verbunden sind.
Bei derartigen Flanschverbindungen müssen gegebenenfalls hohe Kräfte bzw. Drehmomente übertragen werden. Das maximal übertragbare Drehmoment kann durch die Schichtanordnung 10 von 1 deutlich erhöht werden, indem die Schichtanordnung an den Fügeflächen Hartstoffpartikel wie Diamanten oder kubisches Bornitrid oder Siliciumcarbid aufweisen. Diese Hartstoffpartikel führen zu einer Mikroverzahnung, und die Kräfte bzw. Drehmomente, bei denen ein Durchrutschen, also eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen 81, 82 auftritt werden hierdurch erhöht. Derartige Schichtanordnungen 10 werden auch als Verbindungselemente, als reibwerterhöhende Folien, als Reibscheiben oder als reibwerterhöhende Scheiben (englisch: friction shims) bezeichnet, und sie können in Abhängigkeit vom Anwendungsfall mit unterschiedlichen Konturen hergestellt werden.
3 zeigt die Schichtanordnung 10 im Bereich einer der Aussparungen 30 im Querschnitt. 4 zeigt die Schichtanordnung 10 von 3 von oben, und 5 zeigt die Schichtanordnung 10 von 3 von unten.
Die Schichtanordnung 10 weist ein Substrat 20 mit einer ersten Seite 201 und mit einer zur ersten Seite 201 entgegengesetzten zweiten Seite 202 auf.
Das Substrat 20 definiert im Ausführungsbeispiel die Aussparung 30.
Die erste Seite 201 und die zweite Seite 202 sind jeweils mit einer Funktionsschicht 41 bzw. 42 und mit von den Funktionsschichten 41, 42 gehaltenen, schematisch angedeuteten Hartstoffpartikeln 61, 62 versehen.
Die Funktionsschichten 41, 42 weisen bevorzugt jeweils eine metallische Bindephase 51, 52 auf, in welcher metallischen Bindephase 51, 52 die Hartstoffpartikel 61, 62 fixiert sind.
Das Substrat 20 ist bevorzugt als metallisches Substrat 20 ausgebildet, bevorzugt aus Federbandstahl, aus Werkzeugstahl oder aus Edelstahl.
Das Substrat 20 ist bevorzugt als legierter (z. B. mit Titan oder mit Chrom) oder unlegierter Stahl ausgebildet.
Bevorzugt weist das Substrat 20 mindestens einen Werkstoff auf, der ausgewählt ist aus einer Werkstoffgruppe bestehend aus:

- EN 1.4401
- EN 1.4301
- EN 1.4404
- EN 1.4571
- DIN C 75 S
- DIN C 100 S
- DIN C 60 S
- DIN St 52

Die metallischen Bindephasen 51, 52 weisen bevorzugt mindestens einen Werkstoff auf, der ausgewählt ist aus einer Werkstoffgruppe bestehend aus:

Die Hartstoffpartikel 61, 62 weisen bevorzugt mindestens einen Hartstoff auf, der ausgewählt ist aus einer Hartstoffgruppe bestehend aus:

Die Hartstoffpartikel 61, 62 haben bevorzugt eine mittlere Größe (Korngröße), die im Bereich von 5 µm bis 90 µm liegt, weiter bevorzugt im Bereich von 7 µm bis 70 µm, und besonders bevorzugt im Bereich von 10 µm bis 60 µm. Diese Bereiche sind besonders vorteilhaft für die Erzielung einer Reibwerterhöhung.
Die mittlere Größe von Hartstoffpartikeln wird üblicherweise als d₅₀ angegeben und auch als Mediane bezeichnet. Dies bedeutet, dass von den Hartstoffpartikeln ein Massenanteil von 50 % kleiner als d₅₀ und ein Massenanteil von 50 % größer als d₅₀ ist. Zusätzlich wird üblicherweise eine Mediantoleranz angegeben, beispielsweise 1,35 µm bis 1,49 µm.
Das Substrat 20 weist mindestens einen ersten Abschnitt 71 und mindestens einen zweiten Abschnitt 72 auf.
Der erste Abschnitt 71 ist derart geformt, dass die Größe der Aussparung 30 in eine Richtung 70 senkrecht zur Schichtanordnung 10 abnimmt.
Das Substrat 20 ist in dem mindestens einen zweiten Abschnitt 72 auf der ersten Seite 201 und auf der zweiten Seite 202 mit der Funktionsschicht 41, 42 und mit von der Funktionsschicht 41, 42 gehaltenen Hartstoffpartikeln 61, 62 versehen.
Im ersten Abschnitt 71 sind auf einer zur Aussparung 30 hin gerichteten Seite 75 keine Funktionsschicht 41, 42 und keine von einer Funktionsschicht 41, 42 gehaltenen Hartstoffpartikel vorgesehen.
Die Aussparung 30 weist einen runden Querschnitt auf.
Das Substrat 20 weist im Ausführungsbeispiel einen kragenförmigen Abschnitt 77 auf, und der mindestens eine erste Abschnitt 71 ist auf der der Aussparung 30 zugewandten Seite des kragenförmigen Abschnitts 77 ausgebildet.
Der kragenförmige Abschnitt 77 weist auf der von der Aussparung 30 abgewandten Seite zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel auf.
Der kragenförmige Abschnitt 77 weist im Ausführungsbeispiel einen dritten Abschnitt 73 auf, welcher dritte Abschnitt 73 auf der der Aussparung 30 zugewandten Seite eine zylinderförmige Kontur aufweist.
Der kragenförmige Abschnitt 77 weist zumindest abschnittsweise einen runden Querschnitt wie in 4 oder einen polygonförmigen Querschnitt mit einem regelmäßigen Polygon wie in 10 auf.
Der kragenförmige Abschnitt 77 steht bevorzugt gegenüber dem benachbarten Bereich der Schichtanordnung 10 um eine Länge 76 hervor, welche Länge 76 bevorzugt im Bereich 1 mm bis 50 mm liegt, weiter bevorzugt im Bereich 2 mm bis 30 mm und besonders bevorzugt im Bereich 2 mm bis 10 mm. Diese Bereiche ermöglichen in Abhängigkeit von der Größe der Schichtanordnung 10 eine genaue Positionierung der Schichtanordnung 10 auf dem Bauteil 81, wie dies in 1 dargestellt ist.
6 zeigt ausschnittsweise eine Anordnung mit dem Bauteil 81 und mit einer benachbart zum Bauteil 81 angeordneten Schichtanordnung 10.
Das Bauteil 81 weist eine Aussparung 83 auf.
Die Aussparung 83 hat bevorzugt eine Fase 86. Die Fase 86 weist bevorzugt zumindest abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt auf.
Die Aussparung 83 hat im Ausführungsbeispiel ein Innengewinde 84.
Die Aussparung 83 ist dazu vorgesehen, den kragenförmigen Abschnitt 77 zumindest teilweise aufzunehmen. Hierdurch kann der zweite Abschnitt 72 der Schichtanordnung 10 bei einer Positionierung des kragenförmigen Abschnitts 77 in der Aussparung 83 großflächig gegen das Bauteil 81 anliegen.
7 zeigt die Anordnung von 6, wobei die Schichtanordnung 10 derart an dem Bauteil 81 angeordnet ist, dass sich der kragenförmige Abschnitt 77 zumindest teilweise in die Aussparung 83 erstreckt.
Bevorzugt liegt die Schichtanordnung 10 zumindest abschnittsweise gegen die Fase 86 an, insbesondere auf der zum ersten Abschnitt 71 entgegengesetzten Seite der Schichtanordnung 10.
Die Ausbildung der Schichtanordnung 10 und des Bauteils 81 ermöglichen im Ausführungsbeispiel bereits eine definierte Positionierung der Schichtanordnung 10 und des Bauteils 81 relativ zueinander. Zudem kann bereits eine Klemmwirkung bzw. Presspassung zwischen der Schichtanordnung 10 und dem Bauteil 81 im Bereich der Aussparung 83 erzielt werden, die gegen ein Lösen der Schichtanordnung 10 vom Bauteil 81 wirkt.
Auf der zweiten Seite 201 des Substrats 20 bzw. auf der von der Aussparung 83 abgewandten Seite 78 des kragenförmigen Abschnitts 77 sind im Bereich des kragenförmigen Abschnitts 77 weder Hartstoffpartikel noch eine Funktionsschicht 42 vorgesehen. Hierdurch wird vermieden, dass bei einem Hineingleiten des kragenförmigen Abschnitts 77 in die Aussparung 83 Hartstoffpartikel an der Oberfläche der Aussparung 83 entlang bewegt werden. Dies könnte zu unerwünschtem Abrieb führen, der kragenförmige Abschnitt 77 könnte gegebenenfalls nicht bis zur Endposition in die Aussparung 83 hineingleiten, und ein zerstörungsfreies Ablösen der Schichtanordnung 10 vom Bauteil 81, beispielsweise in einem Wartungsfall, wäre erschwert oder unmöglich gemacht.
8 zeigt die Anordnung von 7, bei der zusätzliche ein Befestigungsmittel 85 vorgesehen ist, welches sich durch die Aussparung 30 erstreckt und in die Aussparung 83 hinein ragt.
Im Ausführungsbeispiel ist das Befestigungsmittel 85 als Schraube ausgebildet, die mit dem Innengewinde 84 verschraubt ist. Das Befestigungsmittel 85 ist weiter bevorzugt als Innensechskantschraube mit einem Innensechskantabschnitt 87 ausgebildet, um ein sicheres Einschrauben zu ermöglichen. Alternativ kann das Befestigungsmittel 85 als Kreuzschlitzschraube oder als Schlitzschraube ausgebildet sein.
Bevorzugt liegt das Befestigungsmittel 85 gegen den mindestens einen ersten Abschnitt 71 an und beaufschlagt den ersten Abschnitt 71 mit einer Kraft gegen das erste Bauteil 81. Durch das Befestigungsmittel 85 kann die Schichtanordnung 10 sicher an dem Bauteil 81 befestigt werden, und ein Ablösen der Schichtanordnung 10 bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Bauteilen 81, 82 (vgl. 2) kann vermieden werden.
Alternativ kann das Befestigungsmittel 85 als Stift ausgeführt werden, insbesondere als Passstift oder Schwertstift. Derartige Stifte erlauben ebenfalls eine Befestigung, und es muss kein Einschrauben erfolgen.
Bevorzugt ist das Befestigungsmittel 85 in der Aussparung 30 versenkt und steht damit nicht auf der ersten Seite 201 des Substrats 20 hervor. Hierdurch kann das Bauteil 82 (vgl. 2) im Bereich gegenüber von der Aussparung 30 flach ausgebildet werden, und es muss im Bauteil 82 keine Aussparung zur Teilaufnahme des Befestigungsmittels 85 vorgesehen werden.
Die Ausbildung des ersten Abschnitts 71 auf der zur Aussparung 30 hin gerichteten Seite 75 ohne Funktionsschicht und ohne von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel ist vorteilhaft. Hierdurch wird vermieden, dass bei einem Hineingleiten oder bei einer Drehbewegung des Befestigungsmittels 85 erhöhte Reibung durch das Zusammenwirken mit Hartstoffpartikeln entsteht. Insbesondere bei einer Ausbildung des Befestigungsmittels 85 als Schraube würden Hartstoffpartikel zu einer Erhöhung der Reibung und zu Mikrospuren im Bauteil 81 führen.
Der erste Abschnitt 71 hat bevorzugt gegenüber der ersten Seite 201 zumindest abschnittsweise einen Winkel 79, welcher im Bereich 20° bis 85° liegt, bevorzugt im Bereich 25° bis 80° und besonders bevorzugt im Bereich 30° bis 65°. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 79 ungefähr 47°.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schichtanordnung 10, bei welcher die Aussparung 30 durch eine Kante 203 des Substrats 20 definiert ist. Die Kante 203 verläuft zwischen der ersten Seite 201 und der zweiten Seite 202 und zumindest abschnittsweise schräg zur ersten Seite 201.
Der erste Abschnitt 71, bei dem die Größe der Aussparung 30 in die Richtung 70 senkrecht zur Schichtanordnung 10 abnimmt, ist im Bereich der Kante 203 ausgebildet.
Diese Ausführungsform der Schichtanordnung 10 ermöglicht ebenfalls eine Befestigung durch ein Befestigungsmittel 85, welches gegen die Schräge am ersten Abschnitt 71 anliegen kann und eine Kraft auf die Schichtanordnung ausüben kann. Vorteilhaft ist die Flache Ausführung der Schichtanordnung 10, die ein einfaches Stapeln mehrerer Schichtanordnungen beim Transport ermöglicht
Im ersten Abschnitt 71 sind auf der zur Aussparung 30 hin gerichteten Seite keine Funktionsschicht 41, 42 und keine von einer Funktionsschicht 41, 42 gehaltenen Hartstoffpartikel vorgesehen.
Die Aussparung 30 weist einen runden Querschnitt oder einen Polygon-Querschnitt auf.
10 zeigt in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform der Schichtanordnung 10. Die Aussparung 30 hat einen polygonförmigen Querschnitt.
Es handelt sich um ein regelmäßiges Polygon, es hat also gleiche Seiten und gleiche Innenwinkel.
Im Ausführungsbeispiel ist es als Sechseck ausgebildet, es kann aber beispielsweise auch als Zwölfeck oder als Zwanzigeck ausgebildet sein. Die Anzahl der Ecken ist nicht festgelegt.
11 zeigt in schematischer Draufsicht eine ringförmige Schichtanordnung 10 mit Aussparungen 30 zur Befestigung der Schichtanordnung 10 und Aussparungen 32 für Bolzen oder Schrauben.
12 zeigt in einem schematischen Querschnitt das erste Bauteil 81 mit der Schichtanordnung 10. Das Befestigungsmittel 85 ist im Ausführungsbeispiel als Passstift ausgebildet, und es kann bei einer Verbindung des ersten Bauteils 81 mit einem zweiten Bauteil 82 weiter in die Aussparung 83 des ersten Bauteils 81 hineingedrückt werden. Das zweite Bauteil 82 kann hierdurch im Bereich des Befestigungselements 85 flach ausgebildet werden.
13 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung 100 zur Herstellung der Schichtanordnung 10. Die Beschichtungsvorrichtung 100 hat einen Behälter 102 mit einer Bewegungsvorrichtung 104. Das zu beschichtende Substrat 20 der Schichtanordnung 10 ist im Ausführungsbeispiel an Armen 105 der Bewegungsvorrichtung 104 befestigt. Im Behälter 102 ist ein Elektrolytbad 103 mit Hartstoffpartikeln vorgesehen, um eine chemische Beschichtung oder eine galvanische Beschichtung zu ermöglichen.
Das Substrat 20 wird durch die Bewegungsvorrichtung 104 im Elektrolytbad 103 bewegt, um eine gleichmäßige Beschichtung zu bewirken und hierdurch die Schichtanordnung 10 herzustellen.
14 zeigt in einer Detaildarstellung die Befestigung des Substrats 20 an der Bewegungsvorrichtung 104. Das Substrat 20 der Schichtanordnung 10 wird mit einem Befestigungselement 110 an der Bewegungsvorrichtung 104 befestigt. Hierzu wird das Befestigungselement 110 durch die Aussparung 30 des Substrats 20 gesteckt, und das Befestigungselement 110 liegt an den mindestens einen ersten Abschnitt 71 des Substrats 20 an und deckt diesen ersten Abschnitt 71 ab. In gleicher Weise werden die übrigen Aussparungen 30 des Substrats, die für die Befestigung des Substrats 20 an einem Bauteil 81 vorgesehen sind, durch entsprechende Befestigungselemente 110 abgedeckt, und das Substrat 20 wird sicher an der Bewegungsvorrichtung 104 befestigt.
Die Befestigung des Substrats 20 an der Bewegungsvorrichtung 104 erfolgt bevorzugt ohne Kontakt zum Elektrolytbad 103, um eine Beschichtung des ersten Abschnitts 71 zu verhindern. Hierzu kann die Befestigung erfolgen, bevor die Bewegungsvorrichtung 104 in das Elektrolytbad 103 gesetzt wird, oder das Elektrolytbad 103 kann nach der Positionierung der Bewegungsvorrichtung 104 mit dem Substrat 20 mit dem Elektrolytbad 103 gefüllt werden.
Anschließend wird das Substrat 20 zusammen mit der Bewegungsvorrichtung 104 in dem Elektrolytbad 103 von 10 bewegt, und das Substrat 20 wird unter Herstellung der Funktionsschichten 41, 42 mit den von den Funktionsschichten 41, 42 gehaltenen Hartstoffpartikeln 61, 62 beschichtet. Hierbei wird der abgedeckte erste Abschnitt 71 nicht beschichtet, und er bleibt frei von der Funktionsschicht 41, 42 und von den Hartstoffpartikeln 61, 62.
Die Befestigungselemente 110 haben hierdurch als Doppelfunktion sowohl eine Befestigungsfunktion als auch eine Abdeckfunktion für die ersten Bereiche 71.
Die Bewegungsvorrichtung 104 weist im Ausführungsbeispiel ein Formelement 106 auf, und das Substrat 20 wird während der Beschichtung durch das Befestigungselement 110 gegen das Formelement 106 mit einer Kraft beaufschlagt. Das Formelement 106 ist dazu eingerichtet, das Substrat 20 abschnittsweise abzudecken. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Substrat auf der zweiten Seite 202 im Bereich um die Aussparung 30 herum abgedeckt ist und nicht beschichtet wird. Dies ermöglicht insbesondere ein gutes Hineingleiten des kragenförmigen Abschnitts in das erste Bauteil 81, vgl. 7.
Das Formelement 106 weist bevorzugt ein elastisches Material auf, insbesondere einen elastischen Kunststoff oder einen Schaum. Das elastische Material ermöglicht eine sichere Abdeckung des Substrats 20 in den gewünschten Bereichen durch das Formelement 106.
Das Substrat 20 weist bevorzugt den kragenförmigen Abschnitt 77 auf, und der kragenförmige Abschnitt 77 wird bevorzugt zumindest teilweise durch eine Krafteinwirkung des Befestigungselements 110 geformt. Hierzu kann die das Befestigungselement 110, welches beispielsweise als Schraube ausgebildet ist, durch Eindrehen eine Kraft auf das Substrat 20 ausüben, die zu einer entsprechenden Verformung und Ausbildung des kragenförmigen Abschnitts 77 führt. Das Befestigungselement 110 kann beispielsweise auch als Klemmteil ausgebildet werden. Dieser Vorgang kann auch als Kragenziehen bezeichnet werden.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3450775 B1 [0002]

Claims

Schichtanordnung (10) zur reibungserhöhenden Verbindung von zu fügenden Bauteilen (81, 82), welche ein Substrat (20) mit einer ersten Seite (201) und mit einer zur ersten Seite (201) entgegengesetzten zweiten Seite (202) aufweist, welches Substrat (20) eine erste Aussparung (30), mindestens einen ersten Abschnitt (71) und mindestens einen zweiten Abschnitt (72) aufweist, welcher erste Abschnitt (71) derart geformt ist, dass die Größe der ersten Aussparung (30) in eine Richtung (70) senkrecht zur Schichtanordnung (10) abnimmt, welches Substrat (20) in dem mindestens einen zweiten Abschnitt (72) auf der ersten Seite (201) und auf der zweiten Seite (202) mit einer Funktionsschicht (41, 42) und mit von der Funktionsschicht (41, 42) gehaltenen Hartstoffpartikeln (61, 62) versehen ist, wobei im ersten Abschnitt (71) auf einer zur ersten Aussparung (30) hin gerichteten Seite (75) keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel vorgesehen sind.
Schichtanordnung (10) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Aussparung (30) zumindest abschnittsweise einen runden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.
Schichtanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, welche - auf der ersten Seite (201), - auf der zweiten Seite (202), oder - auf der ersten Seite (201) und auf der zweiten Seite (202) in einem Bereich um die erste Aussparung (30) herum keine Funktionsschicht (41, 42) und keine von einer Funktionsschicht (41, 42) gehaltenen Hartstoffpartikel (61, 62) aufweist.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die erste Aussparung (30) durch eine Kante (203) des Substrats (20) definiert wird, welche Kante (203) zwischen der ersten Seite (201) und der zweiten Seite (202) verläuft und zumindest abschnittsweise schräg zur ersten Seite (201) verläuft, und welcher mindestens eine erste Abschnitt (75) im Bereich der Kante (203) ausgebildet ist.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Substrat (20) einen kragenförmigen Abschnitt (77) aufweist, und bei welcher der mindestens eine erste Abschnitt (71) auf der der ersten Aussparung (30) zugewandten Seite des kragenförmigen Abschnitts (77) ausgebildet ist.
Schichtanordnung (10) nach Anspruch 5, bei welcher der kragenförmige Abschnitt (77) auf der von der ersten Aussparung (30) abgewandten Seite zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig keine Funktionsschicht und keine von einer Funktionsschicht gehaltenen Hartstoffpartikel aufweist.
Schichtanordnung (10) nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher der kragenförmige Abschnitt (77) einen dritten Abschnitt (73) aufweist, welcher dritte Abschnitt (73) auf der der ersten Aussparung (30) zugewandten Seite eine zylinderförmige Kontur oder eine polygonförmige Kontur aufweist.
Schichtanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welcher der kragenförmige Abschnitt (77) zumindest abschnittsweise einen runden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.
Schichtanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welcher der kragenförmige Abschnitt (77) gegenüber dem benachbarten Bereich der Schichtanordnung (10) um eine Länge hervor steht, welche Länge im Bereich 1 mm bis 50 mm liegt, bevorzugt im Bereich 2 mm bis 30 mm und besonders bevorzugt im Bereich 2 mm bis 10 mm.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Funktionsschichten (41, 42) jeweils eine metallische Bindephase (51, 52) aufweisen, in welcher metallischen Bindephase (51, 52) die Hartstoffpartikel (61, 62) fixiert sind.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die metallische Bindephase (51, 52) mindestens einen Werkstoff aufweist, der ausgewählt ist aus einer Werkstoffgruppe bestehend aus: - Nickel, - Kupfer, - Cobalt, - Chrom, - Zink, - Kupferlegierung, - Legierung auf Kuper-Zinn-Basis, - Nickellegierung, - Legierung auf Nickel-Phosphor-Basis, und - Legierung auf Nickel-Zinn-Basis.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hartstoffpartikel (61, 62) mindestens einen Hartstoff aufweisen, der ausgewählt ist aus einer Hartstoffgruppe bestehend aus: - Diamant, - kubisches Bornitrid, - Siliciumnitrid, - Borcarbid, - Wolframcarbid, - Siliciumcarbid, - Titanborid, und - Aluminiumoxid.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hartstoffpartikel (61, 62) eine mittlere Größe aufweisen, die im Bereich von 5 µm bis 90 µm liegt, bevorzugt im Bereich von 7 µm bis 70 µm, und besonders bevorzugt im Bereich von 10 µm bis 60 µm.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Dicke aufweist, die im Bereich von 13 µm bis 2.000 µm liegt, bevorzugt im Bereich von 13 µm bis 500 µm liegt.
Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der erste Abschnitt (71) gegenüber der ersten Seite (201) zumindest abschnittsweise einen Winkel (79) aufweist, welcher im Bereich 20° bis 85° liegt, bevorzugt im Bereich 25° bis 80° und besonders bevorzugt im Bereich 30° bis 65°.
Anordnung mit einem ersten Bauteil (81), einem zweiten Bauteil (82) und einer Schichtanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher Anordnung die Schichtanordnung (10) zwischen dem ersten Bauteil (81) und dem zweiten Bauteil (82) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 16, welche ein Befestigungsmittel (85) aufweist, welches Befestigungsmittel (85) gegen den mindestens einen ersten Abschnitt (71) anliegt und den mindestens einen ersten Abschnitt (71) mit einer Kraft gegen das erste Bauteil (81) beaufschlagt, wobei sich das Befestigungsmittel (85) bevorzugt durch die erste Aussparung (30) erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 17, bei welcher das Befestigungsmittel (85) als Schraube oder als Stift ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, bei welcher das Befestigungsmittel (85) in der ersten Aussparung (30) versenkt ist und damit nicht auf der ersten Seite (201) des Substrats (20) hervor steht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welcher das erste Bauteil (81) eine zweite Aussparung (83) aufweist, in welche sich das Befestigungsmittel (85) hinein erstreckt, welche zweite Aussparung (83) bevorzugt ein Innengewinde (84) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei welcher das erste Bauteil (81) eine zweite Aussparung (83) mit einer Fase (86) aufweist, und bei welcher die Schichtanordnung (10) zumindest abschnittsweise gegen die Fase (86) anliegt, wobei die Fase (86) bevorzugt zumindest abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt oder einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A) Das Substrat (20) wird mit mindestens einem ersten Befestigungselement (110) an einer Bewegungsvorrichtung (104) befestigt, welches Befestigungselement (110) sich durch die erste Aussparung (30) des Substrats (20) erstreckt, an den mindestens einen ersten Abschnitt (71) des Substrats (20) anliegt und diesen ersten Abschnitt (71) abdeckt; B) Das Substrat (20) wird zusammen mit der Bewegungsvorrichtung (104) in einem Elektrolytbad (103) bewegt, welches Elektrolytbad (103) Hartstoffpartikel (61, 62) aufweist, und die Schichtanordnung (10) wird unter Herstellung der Funktionsschichten (41; 42) mit den von den Funktionsschichten (41, 42) gehaltenen Hartstoffpartikeln (61, 62) auf dem Substrat (20) hergestellt.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Bewegungsvorrichtung (104) ein Formelement (106) aufweist, bei welchem Verfahren das Substrat (20) während der Beschichtung durch das Befestigungselement (110) gegen das Formelement (106) mit einer Kraft beaufschlagt wird, und bei welchem Verfahren das Formelement (106) dazu eingerichtet ist, das Substrat (20) abschnittsweise abzudecken.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem das Formelement (106) ein elastisches Material aufweist, insbesondere einen elastischen Kunststoff.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welchem durch eine Krafteinwirkung des Befestigungselements (110) ein kragenförmiger Abschnitt (77) am Substrat (20) zumindest teilweise geformt wird.