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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bislang werden für schnelllaufende
Geräte
wie Verdichter, Turbinen, Bearbeitungsspindeln, Kugellager, Turbomolekularpumpen
oder dergleichen hochpräzise
Kugellager mit n · Dm > Mio. (n = Drehzahl[1/min],
Dm = Kugelmittenkreis [mm]) eingesetzt.
Solche Lager werden regelmäßig mit
einer Ölschmierung
versehen.
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In vielen Anwendungsfällen stellt
die Schmierung von Wälzlagern
mit einem Öl
kein wesentliches Problem dar. Bei besonderen Anwendungsfällen hingegen
stört die
Verwendung eines öligen
Schmiermittels jedoch erheblich, wenn hierdurch das Schmiermittel
in sensible Arbeitsbereiche gelangen kann, in denen derartige Schmierstoffe
unerwünscht
sind.
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Schnelldrehertde Wälzlager
werden in vielfältigen
Anwendungen, beispielsweise auch in zahnärztlichen Handinstrumenten
eingesetzt. Hier ist es unmittelbar verständlich, dass das eingesetzte Schmiermittel
unter anderem über
die Lagerung und über
die Aufnahme des Bohrers in den Arbeitsbereich des Bohrers und so
in die zu bearbeitende Kavität
im Munde des Patienten gelangen kann. Selbst kleinste Mengen an
Schmiermittel in einer Zahnkavität
haben zur Folge, dass dann die verabreichte Füllung der Kavität nicht
mehr zufriedenstellend gewährleistet
werden kann, weil unter anderem ihre Haftung in der Kavität eingeschränkt wird.
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Dem Stand der Technik folgend ist
ein wiederholtes Ölen
der Instrumente jedoch zwingend erforderlich. Die Erfahrung zeigt
hierbei, dass dies üblicherweise
unregelmäßig geschieht,
und dann oftmals im Übermaß Öl zugeführt wird,
was sich wiederum negativ auf das Betriebsverhalten und die Lebensdauer
auswirkt und durch Ölaustritt
während des
Betriebs als Tropfen oder Ölnebel
auch die Arbeitsqualität
negativ beeinflusst.
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Aus der Beschichtungstechnik sind
Verfahren bekannt, mit deren Hilfe Körper beschichtet werden können. Ein
derart beschichteter Grundkörper und
ein beschichteter oder unbeschichteter Gegenkörper können dann im Trockenlauf relativ
zueinander bewegt werden. Durch diese Bewegung wird Material vom
beschichteten Grundkörper
auf den nicht beschichteten Gegenkörper übertragen und beide Wälzflächen werden
unter anderem durch diese Bewegung eingeglättet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein schnelldrehendes Wälzlager,
insbesondere ein Miniaturlager bereitzustellen, bei welchem die
darin enthaltenen bewegten Bauelemente bei üblichen hohen Drehzahlen unter
Sicherstellung einer geringen Abwärme, unter Sicherstellung einer
hohen Laufruhe und unter Beibehaltung der bisherigen Lebensdauer ohne
die Gefahr des Austritts von Öl
betrieben werden können
und das die geschilderten Nachteile des Stands der Technik vermeidet.
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Darstellung
der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Merkmale aus
Anspruch 1, bei denen mindestens eines der Teile eine zumindest
teilflächige
Beschichtung mit einem Schmierstoff aufweist wird ein Wälzlager
geschaffen, welches ohne von außen
zugeführte Schmiermittel
auskommt.
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Unter „Schmiermaterial" werden im folgenden
undifferenziert alle Materialien verstanden, welche eine schmierende
Wirkung aufweisen.
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Unter „Schmiermittel" werden im folgenden insbesondere
auch. solche Schmiermaterialien verstanden, die nicht im Feststoff
gebunden sind, wie beispielsweise Öle oder Fette.
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Unter „Schmierstoff" werden im weiteren
insbesondere auch Schmiermaterialien verstanden, die in einem Feststoff
gebunden sind und/oder die auch selbst Schmierstoffe freisetzen
können.
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Auch die Beschichtung selbst kann
als Schmierstoff verstanden werden, die mit dem Grundmaterial fest
verbunden ist oder auch noch mindestens eine Zwischenschicht z.B.
als Trägerschicht
aufweist.
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Im Fall einer selbst Schmierstoff
abgebenden Beschichtung soll vorzugsweise die abgegebene Menge so
gering sein, dass sie, selbst bei teilweiser Zerstäubung bzw.
Pulverisierung, nur lokal im wesentlichen im Bereich des Lagers
auftritt und so keinen negativen Einfluss auf das Arbeitsergebnis
ausübt.
Dies hat den Vorteil, dass der Schmierstoff nur an den Stellen vorliegt,
an welchen Reibvorgänge stattfinden.
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Als Teile kommen insbesondere die
Wälzkörper, d.h.
im Fall von Kugellagern die Lagerkugeln, und/oder der Außenring
und/oder der Innenring und/oder ein Lagerkäfig in Betracht. Bei dem Außen- und/oder
Innenring wird hierbei bevorzugt die Laufbahn erfindungsgemäß ausgebildet.
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Mit Hilfe einer solchen Feststoffschmierung kann
das Öl
als Schmiermittel ersetzt werden, um somit ein ölfreies Konzept umzusetzen.
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Schmiermaterial ist generell immer
dort nötig;
wo es gilt, Reibung oder Verschleiß zu verringern und/oder Oberflächeneigenschaften
gezielt einzustellen. Der Betreiber muß das erfindungsgemäße Lager
nicht mehr periodisch schmieren, wodurch auch Pflegefehler während der
Wartung, verhindert werden können.
Außerdem
wird die innere und äußere Verschmutzung
der mit dem Lager versehenen Instrumente oder Geräte mit Schmiermittel
verhindert.
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Beim Einsatz in ein zahnärztliches
Instrument wird bei der Behandlung der Vorteil erzielt, dass am
Instrument kein Schmiermittel austritt und damit auch nicht in die
zu behandelnde Kavität
des Patienten gelangen kann. Dieses Konzept bezieht sich auf Handinstrumente,
welche mit Luft angetrieben sind ebenso wie auf Handinstrumente,
die mit Hilfe eines Motors, insbesondere eines Elektromotors angetrieben
werden.
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Auch bei den anderen eingangs erwähnten Anwendungen,
z.B. in der Vakuumtechnik, insbesondere in der Ultrahochvakuumtechnik,
usw. wird die störende
Wirkung eins Öls
bzw. dessen Dampfes mit einem erfindungsgemäßen Lager vermieden. Darüber hinaus
bietet ein erfindungsgemäßes Lager
in allen Anwendungen den Vorteil, zumindest bezüglich der Schmierung wartungsfrei
zu sein.
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Eine besondere Hürde beim Zustandekommen der
Erfindung lag in der Gewinnung von Erkenntnissen betreffend des
Verhaltens kleinster Bauteile unter den spezifischen Belastungen,
wie sie im Miniaturlagerbereich herrschen. Die Erfahrung betreffend
des Verhaltens von Beschichtungen, wie sie zur Zeit im klassischen
Maschinenbau, insbesondere in der Werkstoffkunde und Beschichtungstechnik
Gegenstand der Forschung sind, kann aufgrund physikalischer und
metallurgischer Effekte nicht linear auf immer kleinere Bauelemente übertragen
werden. Vielmehr nehmen mit zunehmender Verkleinerung der Einfluss
der Beanspruchung durch z.B. statische Belastungen ab und der Einfluss
z.B. von Toleranzen, Oberflächenfinish,
Kristall- und Gefügestrukturen, metallurgischen
Diffusionsvorgängen
etc. zu.
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Darüber hinaus treten noch die
für Miniaturlager
in vielen Anwendungen typischen Belastungen hinzu, wie z.B. Umdrehungen
von 40.000 1/min bis je nach Einsatzzweck über 400.000 1/min, die zum
Teil über
mehrere Getriebestufen, z.B. mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis in
der Größenordnung von
ca. 1:5, erreicht werden können,
und darüber
hinaus eine möglichst
hohe Laufruhe und eine geringe Wärmeentwicklung
gefordert wird, wobei häufig
noch eine hohe Temperaturresistenz gewährleistet sein muss. Diese
Belastungen treten vermehrt bei Lagern mit n · Dm > 1 Mio. auf (n = Drehzahl
[1/min] , Dm = Kugelmittenkreis [mm]).
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Es ist ausreichend, wenn nur ein
Bauteil eine Beschichtung aufweist, solange eine Schmierung aufgrund
des in der Beschichtung vorgesehenen Schmierstoffs erfolgt, wobei
der Schmierstoff auch an der Beschichtung verbleiben kann und dann
eine Übertragung
auf das unbeschichtete Teil nicht erfolgt.
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Wird gemäß einer ersten Weiterbildung
von dem beschichteten Bauteil an das unbeschichtete Bauteil Beschichtungsmaterial
und mit dem Beschichtungsmaterial zugleich der in diesem gebundene
Schmierstoff übertragen,
bringt dies den Vorteil mit sich, dass bereits in der Fertigung
beschichtete Bauteile mit unbeschichteten Bauteilen kombiniert verbaut
werden können.
Nach einer Einlaufphase weisen die betreffenden in Kontakt stehenden
Flächen
ein verhalten auf, als wie von vorne herein bereits beschichtete
Flächen.
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Vorteilhafterweise ist, wenn mehrere
relativ zueinander bewegte Teile mit dem Erfordernis einer Schmierung
vorhanden sind, auf mindestens einem der Teile eine Schmierstoff übertragende
Beschichtung anzubringen, wobei auch unterschiedliche Beschichtungen
vorgesehen sein können.
Hierbei ist es nicht nötig,
wirklich alle zueinander bewegten Bauteile zu beschichten, so lange
nur sichergestellt ist, dass an den Stellen, an welchen die Relativbewegung
beim Wälzvorgang
stattfindet, entweder durch die Beschichtung nur eines Bauteils
oder durch Übertragung
von Material z.B. durch Abtragungsvorgänge, hinreichend Schmierung
vorhanden ist.
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Wenn der gebundene Schmierstoff und
die unbeschichtete Gegenfläche
so ausgebildet sind, dass der Schmierstoff an der Gegenfläche haftet,
so ermöglicht
die Materialübertragung
von dem die Beschichtung tragenden Teil auf das zunächst unbeschichtete
Teil eine Glättung
beider Oberflächen,
wodurch die Betriebstemperatur reduziert und die Laufruhe erhöht wird.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn die Beschichtung von der Seite des zu beschichtenden Bauteils
zur freien Oberfläche
hin eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. Hierdurch können unterschiedliche
Funktionen eingestellt werden, wie die Haftung der Beschichtung
an dem Grundkörper einerseits
und ihre Abriebsfestigkeit bezüglich
des dazu bewegten Teils andererseits. Darüber hinaus ist die Beschichtung
unabhängig
von der Geometrie des zu beschichtenden Gegenstands.
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Wenn der Schmierstoffanteil an der
freien Oberfläche
der Beschichtung gegenüber
der Seite des zu beschichtenden Bauteils erhöht ist, hat dies den Vorteil,
dass der Eingriffspartner besser mit Schmierstoff versorgt wird.
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Die Weiterbildung, bei der die Beschichtung wenigstens
eine mit der Oberfläche
des beschichteten Teils verbundene Trägerschicht und wenigstens eine
Schmierstoffschicht umfasst, bringt den Vorteil der gezielten Einstellbarkeit
der.
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Haftung der Beschichtung an dem die
Beschichtung tragenden Teil mit sich.
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Wenn der Schmierstoff aus der Beschichtung
ein Festkörperschmierstoff
ist, kann sichergestellt werden, dass außerhalb des Betriebs keine
Bestandteile freigesetzt werden, die Verunreinigungen verursachen
könnten.
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Wenn die in die Beschichtung eingelagerten Bestandteile
während
des Betriebes einen flüssigen Zustand
annehmen können,
wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Schmierung nur im Betrieb
und nur lokal erfolgt.
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Wenn die Beschichtung eine metalldotierte, diamantähnliche
Kohlenstoffschicht (DLC) umfasst, ist bei gewährleisteter Abriebfestigkeit
gleichzeitig eine exzellente Schmierung sichergestellt.
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Wenn eine Trägerschicht metallisch ist, bringt
dies den Vorteil mit sich, die Oberflächenhärte gezielt einstellen zu können. Die
Oberflächenhärte des
beschichteten Teils kann dabei geringer sein.
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Wenn die Beschichtung eine ein- oder
mehrlagige Polymerschicht umfasst, erlaubt dies ein breites Anwendungsspektrum,
da das Potential von verwendbaren organischen Verbindungen extrem
hoch ist. Von besonderem Interesse sind Polymere, welche einen geringen
Reibungskoeffizienten, gute Druck- und zugleich Flexibilitätseigenschaften
aufweisen und abriebfest und hart sind. Vor diesem Hintergrund kommt
hier beispielsweise PTFE in Frage. Die Oberfläche einer derartigen Polymerschicht
ist dann die Arbeitsfläche
eines der Wälzpartner.
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Darüber hinaus können die
jeweiligen spezifischen Eigenschaften beim Aufbringen mehrerer Materialien,
wie Passivierung, Abriebsfestigkeit, Druckstabilität, hohe
Gleitwirkung, Schichtdicke, Schichtanzahl usw. einzeln und gezielt
eingestellt werden. Durch die Berührung einer Polymerbeschichtung
mit einer nicht beschichteten Oberfläche werden die spezifischen
Eigenschaften des jeweiligen Polymers mit der übertragung von Teilen des Polymers
auf die zuvor nicht beschichtete Seite des Eingriffspartners mit übertragen.
Darüber
hinaus spielt die Form des zu beschichtenden Gegenstands keine Rolle
für die
Beschichtung und ein weiterer vorteil ist, dass derartige Polymerschichten
eine ebene homogene Fläche
bilden, die als Wälzfläche geeignet
sind.
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Wenn in der Beschichtung darüber hinaus weitere
Funktionsschichten vorhanden sind, können die spezifischen Eigenschaften
diverser Funktionsschichten miteinander kombiniert werden. Wenn
davon eine Schicht z.B. druckstabilisierend wirkt, indem die auf
die Beschichtung einwirkende Druckspitzen in den Schichten verteilt
werden, verbessert dies die Standfestigkeit und Lebensdauer des
betreffenden Bauteils und damit des gesamten Instruments.
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Vorteilhafterweise weist die Beschichtung eine
innere Dämpfung
auf, welche das Laufgeräusch reduziert.
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Wenn die Beschichtung einen sich
durch Verschleiß ändernden
elektrischen Widerstand aufweist, so kann über die Reduktion der Schichtdicke, z.B.
durch Abrieb, der qualitative und quantitative Verschleißzustand
der Beschichtung anhand einer Widerstandsänderung festgestellt werden.
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Wenn die Beschichtung elektrisch
isolierend ist, kann über
eine Messung des Widerstands festgestellt werden, ob die Baugruppen
galvanisch getrennt sind, solange noch ausreichend isolierende Beschichtung
vorhanden ist.
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Wenn sich die Beschichtung optisch
vom Grundmaterial unterscheidet, hat dies den Vorteil, dass der
Verschleißzustand
durch eine optisch wahrnehmbare Veränderung der Beschichtung erkennbar ist.
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Wenn sich die optischen Eigenschaften
wie Farbe, Glanzgrad (Spiegeleffekt) oder Farbintensität der Beschichtung
durch Verschleiß ändern, bringt dies
wiederum den Vorteil mit sich, dass die Intensität des Verschleißes abhängig vom
Verschleißort
durch optisch wahrnehmbare Veränderung
der Beschichtung, wie z.B. Einlaufspuren, erkennbar ist.
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Wenn die Beschichtung durch den Einsatz einer
Polymerschicht die Oberflächenhärte verringert,
wirkt sie dämpfend,
was sich vorteilhaft auf die Laufruhe auswirkt. wenn die Beschichtung
aber durch den Einsatz einer Polymerschicht die Oberflächenhärte unverändert lässt, so
wird durch die Polymerschicht der Reibungswiderstand reduziert.
Wenn die Oberflächenhärte jedoch
erhöht
wird, kann wiederum die Abtragungsrate der Beschichtung verringert
werden. Gemeinsamer Vorteil bleibt, dass mit Hilfe der Beschichtungen
unter anderem die Laufeigenschaften und Abriebseigenschaften eingestellt werden
können.
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Vorteilhafterweise ist mindestens
ein Bauteil des Wälzlagers
mit einer entsprechenden Beschichtung versehen, so dass hierdurch
eine Schmierung sichergestellt ist. So können bei einem Kugellager beispielsweise
Innenring und/oder Außenring und/oder
der Kugelkäfig
und/oder die Kugeln beschichtet sein. Wenn nur jeweils eines der
zueinander bewegten Teile beschichtet wird, kann dies die Fertigungskosten
reduzieren und ermöglicht über die Materialübertragung
an das unbeschichtete Teil eine insgesamt gesehen besonders dünne Funktionsschicht.
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Wenn ein zusätzliches erstes ungebundenes Schmiermittel,
dies entspricht einem zweiten Schmiermaterial, wie Fett oder Öl, oder
Zusatzstoffe mit vergleichbarer Wirkung ausschließlich an
den in Kontakt befindlichen Oberflächen der Teile vorgesehen wird,
kann ein zusätzlicher
Schmiereffekt mit den sich daraus ergebenden weiteren Vorteilen,
wie z.B. der Verbesserung der Laufruhe erreicht werden. Im Falle
einer solchen Kombination von Schmiermaterialien kann das Verhalten
des Gesamtsystems auf unterschiedlichste Benutzerbedürfnisse
eingestellt werden.
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Wenn das zusätzliche ungebundene Schmiermittel
hohe Adhäsions-
und Kohäsionskräfte aufweist,
kann verhindert werden, dass es sich von den zusätzlich geschmierten Flächen wegbewegt und
in der Umgebung des Einsatzortes, z.B. im Handinstrument oder im
Arbeitsbereich des Werkzeug vagabundiert, wobei hierbei die Adhäsionskräfte in erster
Linie für
die Bindung zwischen zwei Materialien dienen und die Kohäsionskräfte für den inneren Zusammenhalt
des Stoffs. Wenn beide einen hohen Wert aufweisen, ist gewährleistet,
dass das Schmiermittel seine Wirkung punktgenau entfalten kann. Hierdurch
kann insbesondere gewährleistet
werden, dass ein derartiges Schmiermittel einmalig bei der Produktion
appliziert wird und während
der Produktlebenszeit nicht mehr aufgebracht werden muss.
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Wenn zu dem bereits zugegebenen zusätzlichen
ersten Schmiermittel noch ein weiteres ungebundenes zweites Schmiermittel,
entspricht einem dritten Schmiermaterial, eingebracht wird, wie
z.B. Öl zusätzlich zu
Schmierfett im Lager, kann das Betriebsverhalten mit weiteren Parametern
eingestellt werden. So können
hierdurch z.B. die Reibung und damit die Betriebstemperatur noch
weiter reduziert werden und die Laufruhe kann weiter erhöht werden.
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Wenn der gebundene Schmierstoff als
Träger
für das
weitere ungebundene Schmiermittel ausgebildet ist, kann ein Zusammenwirken
der ergänzenden
Eigenschaften der jeweiligen Stoffe sichergestellt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Beschichtung sterilisierbar ist und/oder wenn das oder die weiteren
Schmiermaterialien sterilisierbar sind. Dadurch lässt sich
unter anderem die im Bereich der Medizin geforderte Keimfreiheit
durch Sterilisation erreichen. Auch in anderen Anwendungsbereichen kann
eine hohe Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsresistenz von Vorteil
sein.
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Wenn der Schmierstoff der Beschichtung und
das weitere Schmiermittel so ausgewählt sind, dass sie zu einem
Schmiermittel nach dem Stand der Technik kompatibel sind, führt auch
die herkömmliche
Pflege und Schmierung mit Öl
nicht zu einem Verlust der Eigenschaften der Beschichtung. Wenn der
Schmierstoff aus mehreren Schichten besteht, ist ein Gleit- und
Schmiereffekt auch zwischen den Schichten des Schmierstoffs gewährleistet,
so dass die Schmierfähigkeit
erhöht
wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Es zeigt die
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1 ein
Kopfgehäuse
einer zahnärztlichen Turbine
im Längsschnitt,
die
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2 ein
Wälzlager
mit Welle und Getriebe, teilweise im Längsschnitt, die
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3 den
Aufbau einer multifunktionellen Hybridschicht und die
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4 einen
Schnitt durch erfindungsgemäß gestaltete
Lagermittel.
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Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
der vordere Teil eines zahnärztlichen
Handinstruments dargestellt. Die Abbildung zeigt in einer Schnittdarstellung
den vorderen Teil eines zahnärztlichen
Turbinenhandstückes
mit einem Kopfgehäuse 1,
in dem in bekannter Weise eine Rotorwelle 2 mit einem Rotor 4 für ein anzutreibendes Werkzeug 3 mittels
Wälzlager 5, 6 gelagert
ist. Die Wälzkörper, hier
Kugeln werden durch einen Kugelkäfig 10, 11 auf
Abstand gehalten.
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In diesem Turbinenhandstück kommen
insbesondere die Lagerungen 5,6 und/oder die Käfige 10, 11 für eine Beschichtung
in Frage.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt eines zahnärztlichen
Handstückes,
bei dem im Innern einer Griffhülse 15 zwei
Triebwellenabschnitte 16, 17 gelagert sind. Zur Lagerung
sind mehrere zumindest teilweise beschichtete Wälzlager 18, hier ausgeführt als Kugellager 18 und
Gleitlager 19, vorgesehen. Die Verzahnung eines Getriebes
besteht aus zwei Zahnrädern 20, 21.
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Die zumindest teilweise beschichteten
Wälzlager 18 können mit
einem weiteren Schmiermittel geschmiert werden. Die Wälzlager
können
aber auch ganz durch Gleitlager ersetzt werden, wobei in diesem
Fall eine entsprechende Beschichtung vorgesehen sein kann.
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Der Aufbau einer multifunktionellen
Hybridpolymerschicht als erste Variante des Aufbaus einer Beschichtung
ist in 3 dargestellt.
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Auf die Oberfläche des Grundkörpers 41 ist eine
Passivierungsschicht 42 aufgebracht. Darüber ist
eine druckstabilisierende Schicht 43, auf welcher wiederum
eine polymere Schicht 44 als Funktionsschicht aufgebracht
ist. Die Schichten sind überhöht dargestellt
und die gesamte Schichtdicke beträgt 1-10 μm.
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Die Vorteile einer Hybridpolymerschicht
bestehen darin, dass jede Schicht eine bestimmte Funktion erfüllen kann,
wie z.B. Passivierung, Abriebfestigkeit, Druckstabilität, hohe
Gleitwirkung usw. Die Beschichtung ist auch in diesem Fall unabhängig von
der Form des zu beschichteten Gegenstands und. die Schichtdicke
und Anzahl der Schichten sind individuell einstellbar. Die Polymere
bilden dabei ebene, homogene Flächen.
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Die Polymerschicht kann in ihrem
eigenen inneren Aufbau aus diversen Lagen des selben Materials bestehen.
Diese Lagen können
Idealerweise über Gleitvorgänge zwischen
diesen Lagen die Schmierung unterstützen. Darüber hinaus kann in dem Polymer
gebundener Schmierstoff eingelagert sein und es kann außerdem noch
ungebundenes Schmiermaterial, z.B. bei der Montage, appliziert sein. Über das Zusammenwirken
der einzelnen Schichten kann die Schmierfähigkeit präzise eingestellt werden.
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4a zeigt
einen Grundkörper 51,
der einmal mit einer Übergangs- 52a und
einer Stützschicht 52b versehen
ist, auf welchen wiederum eine den Schmierstoff enthaltende oder
bildende Funktionsschicht 53 aufgebracht ist. Die Übergangsschicht 52a stellt
die Verbindung zu dem Grundkörper 51 her,
die Stützschicht 52b ermöglicht einen
Druckausgleich. Alternativ können
auch nur eine oder mehr als zwei Schichten 52a, 52b eingesetzt
werden. Auf dem der Funktionsschicht 53 gegenüber liegenden
Körper 54 ist
weder eine Träger-
noch eine Funktionsschicht angebracht.
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Durch den Wälzprozess und die sich hierbei ereignenden
Vorgänge
ergeben sich in der Beschichtungsverteilung Änderungen, wie sie in 4b dargestellt sind. Durch
den Wälzvorgang
wird Material aus der Funktionsschicht 53 an den gegenüberliegenden
Körper 58 übertragen
und lagert sich dort als Funktionsschicht 53b ab. Weiterhin
stellen sich beidseitig geglättete
Wälzflächen 55, 56 auf
der Funktionsschicht 53a des Grundkörpers 51 bzw. auf
der Funktionsschicht 53b ein.
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Bei der Funktionsschicht 53 kann
es sich um eine metalldotierte DLC-Schicht handeln. Diese z.B. dem
Verschleißschutz
dienenden Schichten verhindern den Kontakt zwischen den unmittelbaren
Wälzpartnern
nämlich
den Grundkörpern 51,54.
Die Eigenschaften der gesamten Funktionsschicht ist insbesondere über ihre
Schichten, wie z.B. die Einzelschichten 52a und 52b,
individuell einstellbar. Die Funktionsschicht 53 weist
im Fall einer ersten untersuchten Variante einer solchen Schicht
einen Reibkoeffizienten von 0,03 auf.
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Darüber weist die Funktionsschicht 53 als Schmierstoff,
hier als Trockenschmierschicht, die Merkmale auf, dass sie aus modifiziertem
Wolfram-Disulfid in lamellarer Form besteht, dass sie eine molekulare
Bindung und hierdurch gleichzeitig eine physikalische Verbindung
mit dem Trägermaterial eingeht.
Hierdurch ist letztlich eine über
die gesamte Abwälzstrecke
ausgeprägte
Schutzschicht vorhanden, die darüber
hinaus nicht toxisch oder korrosiv wirkt und vor allem kompatibel
zu Ölen,
Fetten, Lösungsmittel,
Benzin u. Alkohol ist.
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Bei einer auch als WC/C bezeichneten
untersuchte zweiten Ausführungsform
einer solchen Oberflächenbeschichtung
mit einer metalldotierten DLC-Schicht handelt es sich um eine Hartstoffschicht mit
Trockenschmiereigenschaft, deren Härte bei ca. 1000 HV liegt.
Der Schichtaufbau umfasst eine Chromzwischenschicht und mehrere
lamellar angeordnete WC/C-Schichten.
Insgesamt liegt eine gute Kohäsionseigenschaft
der Schichten vor. Bei einer gesamten Schichtdicke von 1-4 μm liegt darüber hinaus
eine sehr gute Adhäsionseigenschaft
vor. Eine derartige Schicht weist eine Temperaturbeständigkeit von
300°C, sowie
einen theoretischen Reibungskoeffizient von 0,2 bei einer gleichmäßig glatten
Oberflächenstruktur
auf.
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Je nach Einstellung kann die Gleitebene
der Schmierung durch. den gebundenen Schmierstoff oder durch die
ungebundenen Schmiermittel definiert sein.