DE202017101725U1 - Rolling bearing with an electrically insulating layer - Google Patents
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Abstract
Wälzlager mit einem ersten Laufringelement und einem zweiten Laufringelement, zwischen denen Wälzkörper rollbar angeordnet sind, sowie eine elektrisch isolierende Schicht auf einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Laufringelements, wobei die elektrisch isolierende Schicht als keramische Schicht ausgebildet ist und aus einer Aluminiumoxid Al2O3 und Titanoxid enthaltenden Mischung von Metalloxiden hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht Titanverbindungen aufweist, die reduziertes Titanoxid TiOx und/oder metallisches Titan Ti enthalten oder aus diesen bestehen und wobei die isolierende Schicht weiterhin einen Siegler aufweist, welcher aus einem ausgehärtetem synthetischen Harz besteht.Rolling bearing having a first raceway element and a second raceway element between which rolling elements are arranged rollable, and an electrically insulating layer on a surface of the first and / or second raceway element, wherein the electrically insulating layer is formed as a ceramic layer and of an alumina Al2O3 and titanium oxide containing mixture of metal oxides, characterized in that the insulating layer comprises titanium compounds containing or consisting of reduced titanium oxide TiOx and / or metallic titanium Ti, and wherein the insulating layer further comprises a sealer consisting of a cured synthetic resin.
Description
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Oberfläche eines Laufringelementes des Wälzlagers. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Maschinenanordnung mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Oberfläche eines Gehäuseelementes oder eines Maschinenteils.The invention relates to a rolling bearing with an electrically insulating layer on a surface of a raceway element of the rolling bearing. Furthermore, the invention relates to a machine arrangement with an electrically insulating layer on a surface of a housing element or a machine part.
Es sind bereits Wälzlager mit einer keramischen Beschichtung auf einer Oberfläche eines Außenringes bekannt, um einen Durchtritt von Strom durch das Lager zu verhindern. Die keramische Beschichtung wirkt als elektrisch isolierende Schicht.There are already rolling bearings with a ceramic coating on a surface of an outer ring known to prevent passage of current through the bearing. The ceramic coating acts as an electrically insulating layer.
Aus der
Weiterhin ist aus der
Weiterhin ist aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung derart weiterzuentwickeln, dass der elektrische Widerstand der Schicht im Betrieb bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen einen zuverlässig hohen Wert beibehält bei gleichzeitig dünnem Querschnitt der Schicht.The invention has for its object to further develop a rolling bearing with an electrically insulating coating such that the electrical resistance of the layer in operation at different operating conditions maintains a reliably high value at the same time thin cross-section of the layer.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht als keramische Schicht ausgebildet ist und aus einer Aluminiumoxid Al2O3 und Titanoxid enthaltenden Mischung von Metalloxiden hergestellt ist, wobei die isolierende Schicht Titanverbindungen aufweist, die reduziertes Titanoxid TiOx und oder metallisches Titan Ti enthalten oder aus diesen bestehen und wobei die isolierende Schicht weiterhin einen Siegler aufweist, welcher aus einem ausgehärtetem synthetischen Harz besteht.The solution of this object by the invention is characterized in that the electrically insulating layer is formed as a ceramic layer and made of a alumina Al 2 O 3 and titanium oxide-containing mixture of metal oxides, wherein the insulating layer comprises titanium compounds, the reduced titanium oxide TiO x and or titanium metallic Ti or consist thereof and wherein the insulating layer further comprises a sealer, which consists of a cured synthetic resin.
Erfindungsgemäß ist die keramische Schicht aus einem Pulver hergestellt, welches aus Metalloxiden in Pulverform besteht. Das zur Herstellung verwendete Pulver besteht im Wesentlichen aus Aluminiumoxid Al2O3 und Titanoxid. Das Titanoxid liegt hierbei im Wesentlichen als Titandioxid TiO2 vor, kann jedoch auch einen untergeordneten Anteil von unterstöchiometrischem Titanoxid TiOx, beispielsweise TiO1,7 enthalten. Die erfindungsgemäße keramische Schicht auf der Oberfläche des Laufringelementes enthält im Wesentlichen chemisch reduziertes Titanoxid TiOx und/oder metallisches Ti. Hierbei kann das reduzierte Titanoxid TiOx in verschiedenen Wertigkeiten als Titan(II)oxid TiO Titan(III)oxid Ti2O3 und nichtstöchiometrischen Suboxiden TiOx, beispielsweise TiO1,7 vorliegen. Weiterhin kann das Titanoxid auch als nicht reduziertes Titandioxid, Titan(IV)oxid TiO2 vorliegen. Wesentlich hierbei ist jedoch, das in der keramischen Schicht das Verhältnis von reduziertem Titanoxid inklusive metallischem Titan zu nichtreduziertem Titandioxid bei mindestens 20 % liegt, vorzugsweise bei mindestens 50%, höchstvorzugsweise bei mindestens 80% liegt.According to the invention, the ceramic layer is made of a powder which consists of metal oxides in powder form. The powder used for the preparation consists essentially of alumina Al 2 O 3 and titanium oxide. The titanium oxide is essentially present as titanium dioxide TiO 2 , but may also contain a minor proportion of substoichiometric titanium oxide TiO x , for example TiO 1.7 . The ceramic layer of the invention on the surface of the race member includes chemically reduced titanium oxide TiO x and / or metal Ti substantially. In this case, the reduced titanium oxide TiO x can be in various oxidation than titanium (II) oxide TiO titanium (III) oxide, Ti 2 O 3 and non-stoichiometric suboxides TiO x , for example TiO 1.7 are present. Furthermore, the titanium oxide can also be present as unreduced titanium dioxide, titanium (IV) oxide TiO 2 . However, it is essential here that the ratio of reduced titanium oxide including metallic titanium to unreduced titanium dioxide in the ceramic layer is at least 20%, preferably at least 50%, most preferably at least 80%.
Als Titanoxid sowohl in der Pulverform als auch in der keramischen Schicht sind hierbei allgemein Verbindungen von Titan mit Sauerstoff gemeint wie Titan(II)oxid TiO, Titan(III)oxid Ti2O3, Titan(IV)oxid TiO2, und nichtstöchiometrische Titansuboxide mit einer Zusammensetzung von TiO bis Ti2O.Titanium oxide in both the powder form and the ceramic layer are generally compounds of titanium with oxygen, such as titanium (II) oxide TiO, titanium (III) oxide Ti 2 O 3 , titanium (IV) oxide TiO 2 , and non-stoichiometric titanium suboxides with a composition of TiO to Ti 2 O.
Erfindungsgemäß weist die keramische Schicht weiterhin einen Siegler auf, welcher aus einem ausgehärtetem synthetischen Harz besteht. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Kombination aus einer keramischen Schicht, welche reduziertes Titanoxid und/oder metallisches Titan aufweist mit einer synthetischen Harz zu einer elektrisch isolierenden Schicht führt, welche im Vergleich zu bisher bekannten keramischen Schichten eine wesentlich verbesserte elektrische Isolationswirkung in dauerhaft feuchter Umgebung aufweist. Die Wasserbeständigkeit, bezugnehmend auf die elektrischen Eigenschaften, der keramischen Schicht ist wesentlich besser als bei den bisher bekannten keramischen Schichten. Es hat sich gezeigt, dass der elektrische Widerstand ausgehend von einem Widerstandswert bei idealer trockener Umgebung zu einem Widerstandswert bei maximal nasser Umgebung sich auf einem Widerstandswert einstellt, der im Vergleich zu einer vergleichbaren versiegelten keramischen Schicht, welche ausschließlich aus reinem weißem Aluminiumoxid Al2O3 besteht einen um mindestens den Faktor 10 höheren Widerstandswert behält.According to the invention, the ceramic layer further comprises a sealer, which consists of a cured synthetic resin. The advantage here is that the combination of a ceramic layer comprising reduced titanium oxide and / or metallic titanium with a synthetic resin leads to an electrically insulating layer, which has a significantly improved electrical insulation effect in permanently moist environment compared to previously known ceramic layers , The water resistance, referring to the electrical Properties, the ceramic layer is much better than in the previously known ceramic layers. It has been found that the electrical resistance, starting from a resistance value in an ideal dry environment to a resistance value in a maximum wet environment, is set to a resistance value compared to a comparable sealed ceramic layer which consists exclusively of pure white aluminum oxide Al 2 O 3 There is at least a factor of 10 higher resistance reserves.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen dass das synthetische Harz ausgehärtetes Phenolharz oder einen ausgehärteten anaeroben Klebstoff enthält oder aus diesem besteht.According to a preferred embodiment, it is provided that the synthetic resin contains or consists of cured phenolic resin or a hardened anaerobic adhesive.
Unter einem anaerob aushärtenden Klebstoff können Dimethacrylsäureester verstanden werden, welche beispielsweise durch Veresterung von Methacrylsäure mit Tetraethylenglykol zu Tetraethylenglykoldimethacrylat hergestellt werden und welche dann durch Polymerisation zu einem ausgehärteten Methacrylatharz werden.An anaerobic curing adhesive can be understood to mean dimethacrylic acid esters which are prepared, for example, by esterification of methacrylic acid with tetraethylene glycol to give tetraethylene glycol dimethacrylate and which then become a cured methacrylate resin by polymerization.
Vorteilhaft hierbei ist, dass eine Versiegelung der reduziertes Titanoxid oder Titan enthaltenden keramischen Schicht mit Phenolharz eine Aushärtung des Phenolharzes unterstützt und zu einer Stabilisierung des ausgehärteten Phenolharzes führt. Mitverantwortlich hierfür sind beispielsweise die stark reduzierenden Eigenschaften von TiO. Weiterhin können auch die in der Schicht enthaltenen reduzierten Titanoxideinschlüsse, welche eine metallkatalysierte Aushärtung der Alkenreste der Phenolharze bewirken, eine Stabilisierung unterstützen. Weiterhin hat die Kombination der erfindungsgemäßen keramischen Schicht mit Phenolharz den Vorteil, dass eine Farbänderung der versiegelten Schicht im Laufe der Zeit unterbunden wird, da sich eine gleichmäßige Färbung der versiegelten Keramikschicht im Wesentlichen sofort nach Aushärtung einstellt. Besonders vorteilhaft hat sich hierbei ein Phenolharz herausgestellt, welches Phenol, Phenol-2-methyl und/oder Propylen enthält. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Phenolharz durch Kapillarwirkung bis in die feinsten Zwischenräume und Poren der Keramikschicht eindringen kann oder aber in diese eingepresst werden kann, beispielsweise mit Vakuumimprägnation, und dort aushärtet.The advantage here is that a sealing of the reduced titanium oxide or titanium-containing ceramic layer with phenolic resin promotes curing of the phenolic resin and leads to a stabilization of the cured phenolic resin. Partly responsible for this are, for example, the strongly reducing properties of TiO. Furthermore, the reduced titanium oxide inclusions contained in the layer, which cause a metal-catalyzed curing of the alkene radicals of the phenolic resins, can also promote stabilization. Furthermore, the combination of the ceramic layer with phenolic resin according to the invention has the advantage that a color change of the sealed layer is prevented over time, since a uniform coloration of the sealed ceramic layer sets substantially immediately after curing. A phenolic resin which contains phenol, phenol-2-methyl and / or propylene has turned out to be particularly advantageous. Another advantage is that the phenolic resin can penetrate by capillary action into the finest interstices and pores of the ceramic layer or can be pressed into this, for example with Vakuumimprägnation, and cured there.
Die weitere bevorzugte Versiegelung der keramischen Schicht mit dem anaeroben Klebstoff wie Methacrylatharz hat den Vorteil, dass die Kombination von Methacrylatharz mit der reduziertes Titanoxid oder Titan enthaltenden keramischen Schicht die, vorzugsweise radikalische, Polymerisation des Methacrylatharzes unterstützt. Vorteilhaft hierbei ist, dass das Methacrylatharz durch Kapillarwirkung bis in die feinsten Zwischenräume und Poren der Keramikschicht eindringen kann oder aber in diese eingepresst werden kann, beispielsweise mit Vakuumimprägnation, und dort anaerob, also unter sauerstofffreien Verhältnissen aushärtet. Die in der Schicht vorhandenen Titanverbindungen metallisches Titan und reduziertes Titanoxid wirken hierbei als Katalysator für die Vernetzung, also Aushärtung des Methacrylatharzes. Durch die bevorzugte Kombination von metallischem Titan und oder reduziertem Titanoxid in der keramischen Schicht mit Methacrylatharz als organischer Siegler hat sich überraschend herausgestellt, dass sich die keramische Schicht unter feuchten Umgebungsbedingungen hervorragend als elektrische Isolationsschicht eignet obwohl die Schicht metallisches Titan oder TiO als elektrischen Leiter und/oder reduziertes Titanoxid als Halbleiter aufweist. Vorteilhaft hierbei ist, dass durch das reduzierte Titanoxid und oder dem metallischem Titan die Aushärtung des Harzes vollständig ablaufen kann, da reduziertes Titanoxid und oder metallisches Titan, welches an mit Harz gefüllte Poren angrenzt und somit im direkten Kontakt mit dem Harz steht als einzelne Startpunkte für eine anaerobe radikalische Polymerisation dienen. Sind diese Startpunkte gleichmäßig in der keramischen Schicht verteilt findet eine vollständige Polymerisation des Harzes in der gesamten Schicht statt. Anstelle von Methacrylatharz können auch andere anaerobe Klebstoffe verwendet werden, welche analog im Zusammenwirken mit dem reduzierten Titanoxid katalytisch Aushärten.The further preferred sealing of the ceramic layer with the anaerobic adhesive such as methacrylate resin has the advantage that the combination of methacrylate resin with the reduced titanium oxide or titanium-containing ceramic layer supports the, preferably radical, polymerization of the methacrylate resin. The advantage here is that the methacrylate resin can penetrate by capillary action into the finest interstices and pores of the ceramic layer or can be pressed into this, for example with Vakuumimprägnation, and there anaerobically, ie cured under oxygen-free conditions. The titanium compounds present in the layer, metallic titanium and reduced titanium oxide, act as catalyst for the crosslinking, ie curing of the methacrylate resin. The preferred combination of metallic titanium and or reduced titanium oxide in the ceramic layer with methacrylate resin as organic sealer has surprisingly been found that the ceramic layer is ideally suited as an electrical insulation layer under moist ambient conditions although the layer of metallic titanium or TiO as electrical conductor and / or or reduced titanium oxide as a semiconductor. The advantage here is that due to the reduced titanium oxide and or the metallic titanium, the curing of the resin can proceed completely because reduced titanium oxide and or metallic titanium, which is adjacent to resin-filled pores and thus in direct contact with the resin as individual starting points for serve an anaerobic radical polymerization. If these starting points are evenly distributed in the ceramic layer, a complete polymerization of the resin takes place in the entire layer. Instead of methacrylate resin, it is also possible to use other anaerobic adhesives which catalytically cure analogously in cooperation with the reduced titanium oxide.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das ausgehärtete anaerobe Methacrylatharz polymerisiertes Polyethylenglycoldimethacrylat enthält. Besonders vorteilhaft haben sich hierbei Triethylenglycoldimethacrylat und Tetraethylenglycoldimethacrylat als Bestandteile des Methacrylatharz herausgestellt. Weiterhin ist als zusätzliche Komponente Cyclohexadien oder Isobenzofurandion oder Maleinsäureanhydrid alleine oder in Kombination vorteilhaft.A preferred embodiment provides that the cured anaerobic methacrylate resin contains polymerized polyethylene glycol dimethacrylate. Triethylene glycol dimethacrylate and tetraethylene glycol dimethacrylate have proved to be particularly advantageous as constituents of the methacrylate resin. Furthermore, cyclohexadiene or isobenzofurandione or maleic anhydride alone or in combination is advantageous as an additional component.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die keramische Schicht eine Porosität kleiner 40%, vorzugsweise kleiner 12%, aufweist und die Poren einen mittleren Durchmesser zwischen 0,5µm und 20µm, vorzugsweise zwischen 0,5µm und 7µm aufweisen, wobei die Poren mit dem ausgehärtetem synthetischen Harz ausgefüllt sind. Vorteilhaft bei dieser Kombination von Porosität und mittlerer Porengröße ist, dass das verwendete synthetische Harz vor dem Aushärten zuverlässig die gesamte keramische Schicht durchdringt, da durch die gewählte Porosität und Porengröße gleichmäßig in der Schicht verteilte Harzreservoire gebildet werden die untereinander weitestgehend durch Kapillare verbunden sind. Hierdurch kann das flüssig synthetische Harz auf die Oberfläche der keramischen Schicht aufgebracht werden und durchdingt diese beispielsweise durch Kapillarwirkung zuverlässig über die gesamte Tiefe.A preferred embodiment provides that the ceramic layer has a porosity of less than 40%, preferably less than 12%, and the pores have an average diameter between 0.5 .mu.m and 20 .mu.m, preferably between 0.5 .mu.m and 7 .mu.m, wherein the pores with the hardened synthetic resin are filled. An advantage of this combination of porosity and average pore size is that the synthetic resin used before penetrating reliably penetrates the entire ceramic layer, since the selected porosity and pore size evenly distributed in the layer resin reservoirs are formed which are interconnected largely by capillary. In this way, the liquid synthetic resin can be applied to the surface of the ceramic layer and passes through these reliably, for example by capillary action over the entire depth.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das in der keramischen Schicht enthaltene reduzierte Titanoxid und das metallische Titan als Einschlüsse ausgebildet sind, die meistens in einer Richtung parallel zur Oberfläche der keramischen Schicht eine wesentlich größere mittlere Ausdehnung aufweisen als in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der keramischen Schicht. Bevorzugt sind Einschlüsse lamellenartig oder schuppenartig (im engl. splat) ausgebildet. Bevorzugt weisen hierbei Einschlüsse eine mittlere Ausdehnung < 15µm, vorzugsweise kleiner 5µm auf in Richtung senkrecht zur Oberfläche der keramischen Schicht. Parallel zur Oberfläche der keramischen Schicht, also in Längserstreckung der schuppenförmigen Einschlüsse weisen diese eine mittlere Ausdehnung von 5µm bis 80µm. Vorteilhaft bei dieser schuppenförmigen Ausgestaltung der reduziertes Titanoxid und/oder Titan aufweisenden Einschlüsse ist, dass diese eine bezogen auf ihr Volumen sehr große Oberfläche aufweisen, verglichen mit kugelförmigen Einschlüssen. Zumindest größere Einschlüsse weisen eine solche schuppenförmige Struktur auf. Durch die große Oberfläche ist sichergestellt, dass genügend Poren direkt an eine Oberfläche dieser Einschlüsse angrenzen. Damit können diese mit dem Harz in katalytischen Wirkkontakt treten. Durch die Ausrichtung der schuppenförmigen Einschlüsse parallel zur Oberfläche ist die Wahrscheinlichkeit, dass senkrecht zur Oberfläche eindringendes Harz auf seinem Weg in die Tiefe der keramischen Schicht unweigerlich auf einen somit quer zur Eindringrichtung ausgerichtete schuppenförmigen Einschluss von reduziertem Titanoxid oder Titan trifft. Durch das vorteilhafte Verhältnis von Oberfläche zu Volumen von zumindest größeren Einschlüssen kann insgesamt der Anteil der Titanverbindungen in der keramischen Schicht niedrig gehalten werden ohne die mit dem Harz in Kontakt stehende Fläche der Einschlüsse unter einen für eine zuverlässige katalytische Polymerisation benötigten Wert zu bringen. Da Titanverbindungen einen elektrischen Halbleiter oder sogar einen elektrischen Leiter darstellen ist aus diesem Gesichtspunkt ein geringer Anteil an Titanverbindungen wünschenswert. Mit anderen Worten, wäre bei gleichem Anteil über alle Größen die Einschlüsse der Titanverbindungen in der keramischen Schicht kugelförmig ausgebildet, wäre eine zum Kontakt mit dem Harz zur Verfügung stehende Oberfläche wesentlich geringer. Um eine gleiche Oberfläche zu bekommen müsste man den Anteil an Titanverbindungen erhöhen was sich negativ auf den elektrischen Widerstand der keramischen Schicht auswirkt. A further preferred embodiment provides that the reduced titanium oxide and the metallic titanium contained in the ceramic layer are formed as inclusions, which in a direction parallel to the surface of the ceramic layer have a substantially greater average extent than in a direction perpendicular to the surface of the ceramic layer. Inclusions are preferably lamellar or scaly (in English splat) formed. In this case, inclusions preferably have a mean extent <15 μm, preferably less than 5 μm, in the direction perpendicular to the surface of the ceramic layer. Parallel to the surface of the ceramic layer, that is to say in the longitudinal extent of the scale-like inclusions, these have an average extent of 5 μm to 80 μm. The advantage of this scale-like embodiment of the reduced titanium oxide and / or titanium-containing inclusions is that they have a very large surface in relation to their volume, compared to spherical inclusions. At least larger inclusions have such a scale-like structure. The large surface area ensures that enough pores are directly adjacent to a surface of these inclusions. Thus they can enter into catalytic active contact with the resin. By aligning the flaky inclusions parallel to the surface, the likelihood that resin penetrating perpendicularly to the surface on its way into the depth of the ceramic layer inevitably encounters a flaky inclusion of reduced titanium oxide or titanium thus oriented transversely to the penetration direction. Overall, the ratio of surface area to volume of at least larger inclusions can keep the proportion of titanium compounds in the ceramic layer low without bringing the surface of the inclusions in contact with the resin below a value required for reliable catalytic polymerization. Since titanium compounds constitute an electrical semiconductor or even an electrical conductor, a small proportion of titanium compounds is desirable from this point of view. In other words, if the inclusions of the titanium compounds in the ceramic layer were spherical in shape at the same proportion across all sizes, a surface available for contact with the resin would be much smaller. In order to obtain the same surface area, one would have to increase the proportion of titanium compounds, which has a negative effect on the electrical resistance of the ceramic layer.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Anteil von Aluminiumoxid Al2O3 in keramische Schicht 96 % bis 99,7% Gewichtsprozent beträgt und der Anteil der Titanverbindungen 0,3 bis 4 % Gewichtsprozent beträgt. Besonders bevorzugt ist ein Anteil von 1%–2% der Titanverbindungen in der keramischen Schicht. Als Anteil von Titanverbindung gilt hierbei jede Titanverbindung in der keramischen Schicht, also gegebenenfalls Titandioxid TiO2, Titan(II)oxid TiO, Titan(III)oxid Ti2O3, unterstöchiometrisches Titanoxid TiOx und metallisches Titan Ti.A preferred embodiment provides that the proportion of aluminum oxide Al 2 O 3 in the ceramic layer is 96% to 99.7% by weight and the proportion of titanium compounds is 0.3 to 4% by weight. Particularly preferred is a proportion of 1% -2% of the titanium compounds in the ceramic layer. In this case, any titanium compound in the ceramic layer, that is to say optionally titanium dioxide TiO 2 , titanium (II) oxide TiO, titanium (III) oxide Ti 2 O 3 , substoichiometric titanium oxide TiO x and metallic titanium Ti, is considered as titanium compound.
Eine bevorzugte Schichtdicke liegt hierbei zwischen 10 µm und 3000 µm, weiter bevorzugt zwischen 750 µm und 3000 µmA preferred layer thickness is between 10 μm and 3000 μm, more preferably between 750 μm and 3000 μm
Ein Laufringelement des erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Oberfläche des Laufringelementes wird durch ein thermisches Spritzverfahren hergestellt wird, mit den Schritten:
- – Bereitstellen eines Pulvers welches Aluminiumoxid Al2O3 und Titanoxid enthält
- – Thermisches Aufspritzen des Pulvers auf eine Oberfläche des Laufringelementes,
- – Aufbringen eines organischen Sieglers auf die aufgespritzte Schicht.
- - Providing a powder containing alumina Al 2 O 3 and titanium oxide
- Thermal spraying of the powder onto a surface of the raceway element,
- - Apply an organic sieve on the sprayed layer.
Bevorzugt wird zur besseren Schichthaftung die zu beschichtende Oberfläche des Laufringelementes vor dem thermischen Aufspritzen gereinigt und anschließend getrocknet und/oder zusätzlich sandgestrahltFor better layer adhesion, the surface of the raceway element to be coated is preferably cleaned prior to thermal spraying and then dried and / or additionally sandblasted
Vorteilhaft hierbei ist, dass in der fertig hergestellten keramischen Schicht der Anteil an reduziertem Titanoxid bedeutend erhöht werden kann im Vergleich zum Ausgangspulver. Vorzugsweise braucht das Pulver im Wesentlichen kein reduziertes Titanoxid enthalten sondern kann als Titanoxid ausschließlich Titan(IV)oxid TiO2 enthalten. Durch das thermische Spritzverfahren kann hierbei das Titandioxid TiO2 chemisch zu Titan(II)oxid TiO Titan(III)oxid Ti2O3 und nichtstöchiometrischen Suboxiden TiOx, beispielsweise TiO1,7 reduziert werden. Weiterhin kann das Titandioxid TiO2 zu metallischem Titan Ti reduziert werden. Als Ausgangspulver kann jedoch auch ein Pulver verwendet werden was neben Titandioxid TiO2 bereits einen Anteil an reduziertem Titanoxid aufweist. Durch das thermische Spritzverfahren kann dann erfindungsgemäß der Anteil an reduziertem Titanoxid und/oder metallischem Titan erhöht werden.The advantage here is that in the finished ceramic layer, the proportion of reduced titanium oxide can be significantly increased compared to the starting powder. Preferably, the powder essentially does not need to contain any reduced titanium oxide, but may contain exclusively titanium (IV) oxide TiO 2 as the titanium oxide. In this case, the titanium dioxide TiO 2 can be chemically reduced to titanium (II) oxide TiO titanium (III) oxide Ti 2 O 3 and non-stoichiometric suboxides TiO x , for example TiO 1.7 , by the thermal spraying method. Furthermore, the titanium dioxide TiO 2 can be reduced to metallic titanium Ti. However, a powder can also be used as the starting powder, which in addition to titanium dioxide TiO 2 already has a proportion of reduced titanium oxide. By the thermal spraying method, the proportion of reduced titanium oxide and / or metallic titanium can then be increased according to the invention.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, das das thermische Spritzverfahren ein Plasmaspritzverfahren ist. Alternativ kann das thermische Spritzverfahren auch ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen sein. Weiterhin kann alternativ das thermische Spritzverfahren auch ein thermisches Suspensionsspritzverfahren sein.A preferred embodiment of the method provides that the thermal spraying method Plasma spraying is. Alternatively, the thermal spray process may also be high velocity flame spraying. Furthermore, alternatively, the thermal spraying process may also be a thermal suspension spraying process.
Vorteilhaft ist, dass durch Plasmaspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen eine chemische Reduktion von Titanverbindungen gezielt gesteuert werden kann, sodass in der aufgespritzten Schicht reduziertes Titanoxid und/oder metallisches Titan enthalten ist.It is advantageous that a chemical reduction of titanium compounds can be selectively controlled by plasma spraying or high-speed flame spraying, so that reduced titanium oxide and / or metallic titanium is contained in the sprayed-on layer.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass das thermische Spritzverfahren mit Argon und/oder Wasserstoff als Bestandteil des Prozessgases durchgeführt wird. Als Prozessgas wird hierbei das Gasgemisch bezeichnet, welches dazu verwendet wird das zugeführte Beschichtungspulver zu schmelzen. Das Prozessgas ist hierbei so heiß das es plasmaförmig sein kann.A preferred embodiment of the method provides that the thermal spraying process with argon and / or hydrogen is carried out as part of the process gas. In this case, the gas mixture which is used to melt the supplied coating powder is referred to as the process gas. The process gas is so hot that it can be plasma-shaped.
Hierbei bewirkt der im Plasma enthaltene Wasserstoff eine chemische Reduktion der Titanverbindungen. Die Quantität der chemischen Reduktion kann durch das Plasmaspritzen besonders vorteilhaft gesteuert werden. So können zum Beispiel über das Verhältnis von Argon zu Wasserstoff im Plasma die Reduktionsbestandteile und ihre Anteil in der gespritzten Schicht gezielt eingestellt werden. Eine Erhöhung des Wasserstoffanteils im Plasma erhöht Beispielsweise den Anteil an metallischem Titan, welcher das Endprodukt der chemischen Reduktion darstellt. Alternativ kann das Spritzverfahren auch mit Stickstoff oder Helium als Plasmaprozessgas durchgeführt werden. Über unterschiedliche Prozessgase können auch die Reduktionsbestandteile und ihre Anteile in der gespritzten Schicht gezielt eingestellt werden.In this case, the hydrogen contained in the plasma causes a chemical reduction of the titanium compounds. The quantity of the chemical reduction can be controlled particularly advantageously by the plasma spraying. Thus, for example, the ratio of argon to hydrogen in the plasma, the reduction components and their proportion in the sprayed layer can be adjusted specifically. An increase in the hydrogen content in the plasma, for example, increases the proportion of metallic titanium, which represents the end product of the chemical reduction. Alternatively, the spraying process can also be carried out with nitrogen or helium as the plasma process gas. Different process gases can also be used to set the reduction components and their proportions in the sprayed layer.
Weiterhin kann durch eine Verweilzeit des Pulvers im Plasma, die wiederum über den Gasfluss und/oder Gasdruck im Plasma und die Flugstrecke eingestellt werden kann, der Reduktionsanteil gesteuert werden. Über die Temperatur des Plasmas können ebenso die Reduktionsbestandteile und ihre Anteile in der gespritzten Schicht gesteuert werden. Bevorzugt wird das Plasmaspritzen bei einer Plasmatemperatur über 10000 Kelvin durchgeführt.Furthermore, by a residence time of the powder in the plasma, which in turn can be adjusted via the gas flow and / or gas pressure in the plasma and the flight distance, the reduction ratio can be controlled. The temperature of the plasma can also be used to control the reducing components and their proportions in the sprayed layer. Preferably, the plasma spraying is carried out at a plasma temperature above 10,000 Kelvin.
Durch geeignete Parameter beim Plasmaspritzen können weiterhin die Porengröße in der gespritzten Schicht sowie die Größe und die Form der Titanverbindungen enthaltenden Einschlüsse in der gespritzten Schicht eingestellt werden. Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht hierbei vor, das Verfahren derart durchzuführen, dass die Porosität, die mittlere Porengröße und die mittlere Größe der Einschlüsse in verschiedenen Richtungen zur Oberfläche der gespritzten Schicht wie oben ausgeführt, in der gespritzten Schicht entstehen.By suitable parameters in plasma spraying, the pore size in the sprayed layer and the size and shape of the titanium compounds containing inclusions in the sprayed layer can be further adjusted. A preferred embodiment of the method in this case provides to carry out the method such that the porosity, the average pore size and the average size of the inclusions in different directions to the surface of the sprayed layer as stated above, formed in the sprayed layer.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, als organischer Siegler ein Methacrylatharz enthaltender Siegler aufgebracht wird, welcher in Poren der aufgespritzten Schicht unter Vermittlung des reduzierten Titanoxids anaerob polymerisiert. Vorteilhaft ist, dass dadurch die elektrisch isolierende Schicht eine besonders gute Feuchtigkeitsresistenz aufweist. Das reduzierte Titanoxid wirkt hierbei wie bereits beschrieben als metallischer Katalysator für die anaerobe Polymerisation des Harzes.A preferred embodiment of the method provides for organic sealer to be applied with a sealer containing methacrylate resin which anaerobically polymerizes in pores of the sprayed-on layer by mediating the reduced titanium oxide. It is advantageous that thereby the electrically insulating layer has a particularly good moisture resistance. As already described, the reduced titanium oxide acts as a metallic catalyst for the anaerobic polymerization of the resin.
Eine weitere bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass der Schritt Bereitstellen eines Pulvers welches Aluminiumoxid Al2O3 und Titandioxid enthält mit einem Pulver mit einer mittlere Korngröße je nach thermischen Spritzverfahren des Pulvers von 0,01µm bis 63µm erfolgt, vorzugsweise beim Plasmaspritzverfahren zwischen 5µm bis 63µm, höchstvorzugsweise zwischen 10µm bis 30µm. Eine bevorzugte Ausführung des Pulvers sieht hierbei vor, dass das Pulver vor dem Bereitstellen aus einem Pulver enthaltend Aluminiumoxid Al2O3 und einem Pulver enthaltend Titandioxid in einem gewünschten Mischungsverhältnis zu einem ersten Pulver gemischt wird, wobei das gewünschte Mischungsverhältnis dem Verhältnis von Aluminiumoxid Al2O3 und allen Titanverbindungen in der gespritzten Schicht entspricht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das entsprechend gemischte erste Pulver aufgeschmolzen wird und homogenisiert wird. Anschließend wird der erkaltete feste Metalloxidblock wieder zu einem zweiten Pulver gemahlen. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Anteil von Titanverbindungen im ersten und im zweiten Pulver insgesamt gleich bleibt der Anteil Körnern im Pulver welche Titanverbindungen enthalten im zweiten Pulver jedoch wesentlich größer ist als im ersten Pulver, da im ersten Pulver die Körner entweder aus Aluminiumoxid Al2O3 oder aus Titandioxid bestehen. Im zweiten Pulver bestehen die einzelnen Körner bereits aus einer Mischung von Aluminiumoxid Al2O3 und Titanverbindungen. Vorteilhaft hierbei ist, das durch ein so hergestelltes zweites Pulver die mittlere Größe der Titanverbindungen enthaltenden Einschlüsse verkleinert werden kann im Vergleich zu einem ersten Pulver mit gleichem Anteil an Titanverbindungen. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Homogenität und gleichmäßigere Verteilung der Einschlüsse mit Titanverbindungen in der gespritzten Schicht. Alternativ kann das Pulver vor dem Bereitstellen aus einem Pulver enthaltend Aluminiumoxid Al2O3 welches aufgeschmolzen wird und einem Pulver enthaltend Titandioxid, welches in einem gewünschten Mischungsverhältnis in das aufgeschmolzene Aluminiumoxid Al2O3 zu gegeben wird und zu einer Schmelze homogenisiert wird, hergestellt werden. Konzentrationsverschiebungen aufgrund von Schmelzverlusten werden hierbei bei beiden Herstellungsverfahren beim Mischungsverhältnis der Schmelze berücksichtigt. Anschließend wird der erkaltete feste Metalloxidblock zu einem zweiten Pulver gemahlen. Die oben beschriebenen Vorteile gelten bei beiden Herstellungsverfahren des Pulvers.A further preferred embodiment of the method provides that the step of providing a powder containing aluminum oxide Al 2 O 3 and titanium dioxide with a powder having a mean particle size depending on the thermal spraying of the powder from 0.01 .mu.m to 63 .mu.m, preferably in the plasma spraying between 5 .mu.m up to 63μm, most preferably between 10μm to 30μm. A preferred embodiment of the powder in this case provides that before being prepared from a powder comprising aluminum oxide Al 2 O 3 and a powder containing titanium dioxide in a desired mixing ratio, the powder is mixed to form a first powder, the desired mixing ratio being equal to the ratio of aluminum oxide Al 2 O 3 and all titanium compounds in the sprayed layer corresponds. It is preferably provided that the correspondingly mixed first powder is melted and homogenized. Subsequently, the cooled solid metal oxide block is ground again to a second powder. The advantage here is that the proportion of titanium compounds in the first and in the second powder remains the same overall, the proportion of grains in the powder containing titanium compounds in the second powder, however, is substantially greater than in the first powder, since in the first powder, the grains either of alumina Al 2 O. 3 or consist of titanium dioxide. In the second powder, the individual grains already consist of a mixture of aluminum oxide Al 2 O 3 and titanium compounds. It is advantageous here that the mean size of the inclusions containing titanium compounds can be reduced by a second powder produced in this way in comparison to a first powder with the same proportion of titanium compounds. Another advantage is the increased homogeneity and more uniform distribution of inclusions with titanium compounds in the sprayed layer. Alternatively, the powder may be prepared prior to providing from a powder containing aluminum oxide Al 2 O 3 which is melted and a powder containing titanium dioxide, which is added in a desired mixing ratio in the molten aluminum oxide Al 2 O 3 and is homogenized to a melt. Concentration shifts due to melt losses are present in both Production method considered in the mixing ratio of the melt. Subsequently, the cooled solid metal oxide block is ground to a second powder. The advantages described above apply to both production processes of the powder.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung mit einem in einem Gehäuseelement drehbar angeordneten Maschinenteil, wobei das Maschinenteil mittels eines Wälzlagers im Gehäuseelement gelagert ist, wobei eine erste Oberfläche des Wälzlagers mit einer Oberfläche des Gehäuseelementes in Kontakt steht und eine zweite Oberfläche des Wälzlagers mit einer Oberfläche des Maschinenteils in Kontakt steht, wobei die Oberfläche des Gehäuseelementes und/oder die Oberfläche des Maschinenteils eine elektrisch isolierende keramische Schicht aufweist die aus einer Aluminiumoxid Al2O3 und Titanoxid enthaltenden Mischung von Metalloxiden hergestellt ist wobei die isolierende Schicht Titanverbindungen aufweist, die reduziertes Titanoxid TiOx und/oder TiO und oder metallisches Titan Ti enthalten oder aus diesen bestehen und wobei die isolierende Schicht weiterhin einen Siegler aufweist, welcher aus einem ausgehärtetem synthetischen Harz besteht.Another aspect of the invention relates to a machine assembly having a rotatably mounted in a housing member machine part, wherein the machine part is mounted by means of a rolling bearing in the housing element, wherein a first surface of the rolling bearing is in contact with a surface of the housing member and a second surface of the rolling bearing with a Surface of the machine part is in contact, wherein the surface of the housing member and / or the surface of the machine part comprises an electrically insulating ceramic layer which is made of a alumina Al 2 O 3 and titanium oxide-containing mixture of metal oxides wherein the insulating layer comprises titanium compounds, the reduced Titanium oxide TiO x and / or TiO and or metallic titanium Ti or consist of these and wherein the insulating layer further comprises a sealer which consists of a cured synthetic resin.
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