EP3178092A1 - Verschleissmaterial für welle-nabe-bereiche und verfahren zu seiner aufbringung - Google Patents
Verschleissmaterial für welle-nabe-bereiche und verfahren zu seiner aufbringungInfo
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- EP3178092A1 EP3178092A1 EP15750318.6A EP15750318A EP3178092A1 EP 3178092 A1 EP3178092 A1 EP 3178092A1 EP 15750318 A EP15750318 A EP 15750318A EP 3178092 A1 EP3178092 A1 EP 3178092A1
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- B32B2605/00—Vehicles
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Definitions
- the invention relates to the field of polymer chemistry and relates to a wear material for shaft-hub areas, in particular of rim-hub areas of wheels, which in the area of contact surfaces between a shaft or rim and a hub, such as a wheel in mechanical engineering or in vehicle construction, can be used, and a method for its application.
- rims with hubs are screwed or connected to one another for wheel fastening, which consist of the same or different material
- wheel fastening consist of the same or different material
- Oils, greases and waxes as wear material between rim and hub can not be used, for example, in motor vehicles in the immediate vicinity of brakes.
- a painting of the rim and / or hub surface creates no remedy for the problems.
- a lacquer layer is damaged quickly, whereby its protective function is no longer guaranteed. In the damaged areas, the lacquer layer is corroded and "rusted back."
- commercial lacquers have a low glass transition temperature and heat resistance due to their chemical structure and composition, and can be applied to painted parts of the rims and hubs under pressure and heat, such as in the rim Hub region in the vicinity of brakes in mountain driving the case, the paint layer with the substrate surface of the second, unpainted part or the paint layers stick together or "baked", which is just to be avoided.
- the use of ceramic sprays which are sprayed onto the contact surfaces of the hub and rim, is known, above all in the material combination of light metal rims and steel hubs. The ceramic spray is usually sprayed onto the surface of the wheel hub.
- Increasingly lightweight carbon fiber composites are combined with metal parts and bolted.
- rims made of carbon fiber composites are also used in the vehicle sector.
- carbon fibers in the composite in the presence of moisture, and especially in the presence of moisture and salts or brines form local elements which are liable to (metal) corrosion and thus to formation, e.g. of rust and therefore lead to the above problems.
- Release layers in the form of film release layers or polymer release layers are well known in practice.
- a separation layer is referred to in the art, a thin layer of artificial material, with the two materials separated from each other " (Wikipedia, keyword separation layer).
- a rim or Autofeige In the context of this invention is to be referred to as a rim or Autofeige following.
- a hub is a machine element that is pushed onto a shaft, an axle or a pin.
- a hub usually consists of a drilled workpiece into which, depending on the application, a bearing ... is inserted ....
- the hub is always part of a shaft-hub connection.
- Corrosion is defined as follows in accordance with DIN EN ISO 8044: "Corrosion is the reaction of a metallic material with its environment, which causes a measurable change in the material and can lead to a deterioration of the function of a metallic component or an entire system. In most cases, the reaction is electrochemical, in some cases it can be chemical or metal-physical. "
- corrosion is also differentiated by the location of its occurrence, such as: contact corrosion, surface corrosion, vibration crack corrosion, crevice corrosion, intergranular corrosion, undercurrent corrosion (see also Wikipedia, keyword corrosion).
- the corrosion of the surface caused by destruction of a metal by electrochemical reactions e.g. through environmental influences.
- Local elements are small-area corrosion elements (or contact elements) that are barely visible to the naked eye. They are significantly smaller than 1 mm 2 . Local elements may be crystallites of an alloy, which are electrically conductively connected to one another both directly and via an electrolyte and form a short-circuited galvanic cell. Local elements can arise at the contact points of two different metals by the action of moisture, eg condensation, and often cause considerable corrosion there. Vulnerable solder joints, welds, riveting, screwing, damaged coatings (eg scratched tinplate) and alloys. "(Wikipedia keyword local element).
- the object of the present invention is to provide a wear material for shaft-hub areas in which corrosion is largely limited or prevented and a caking of the shaft-hub materials is largely prevented, and in the statement of a simple and inexpensive method for Application of the wear material on one or more contact surfaces in the shaft-hub area.
- the wear material according to the invention for shaft-hub regions consists of at least one plastic layer, which is arranged at least partially on the contact surfaces of shaft and hub, wherein the plastic of the plastic layer realized at least a partial electrochemical isolation and separation between the materials of shaft and hub.
- the plastic consists of one or more polymers which are substantially non-polar or non-polar and at least on one of their surfaces substantially less adhesive or anti-adhesive.
- the plastic consists of one or more polymers and / or a polymer blend.
- fluoropolymers or high-performance plastics or other plastics in which even more advantageously as fluoropolymers polytetrafluoroethylene (PTFE), Perfluoroethylene propylene (FEP) copolymer, perfluoroalkoxyalkane (PFA), perfluoromethoxyalkane (MFA), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) copolymer and / or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), and / or as high performance plastics polyetherketone (PEK), polyaryletherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK) , Polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSU), polyether mid (PEI), polyamide in id (PAI), polyimide (PI) and / or LCP (Liqid Cristallin polymer), and / or as
- the plastic comprises fillers and / or reinforcing materials and / or additives, such as release-active additives, in which PTFE or waxes, such as PE waxes, montan waxes, carnauba waxes or calcium stearate, are still advantageously present as release-active additives.
- PTFE or waxes such as PE waxes, montan waxes, carnauba waxes or calcium stearate
- the plastic layer is present as a film or as a spray layer or as a baking layer or as a layer with a carrier material made of a paper or cardboard or textile fabric.
- plastic layer is present on one or more of the contact surfaces of the shaft and hub or only on the contact surface of the shaft or hub or partially on contact surfaces of the shaft and hub.
- a wear material for shaft-hub areas is at least on parts of the contact surfaces of shaft and / or hub a plastic which realizes an electrochemical insulation and separation between the materials of shaft and hub, in the form of a film or in the form of a solution and subsequent drying to a layer or in the form of a plastic coated or impregnated and hardened / crosslinked layer material applied.
- the plastic layer is realized on the contact surfaces of the shaft and / or hub of a temperature treatment for curing and / or for baking the applied as a solution and dried layer of the plastic.
- paper or board or textile fabrics such as woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, nonwovens or felts, are used as the coated or impregnated layer material.
- the wear material is applied and glued as a layer (material) and preferably as a plastic film on the contact surfaces of the shaft and / or hub.
- a solution of the plastic is sprayed onto the contact surfaces of the shaft and / or hub, geräkelt or painted and then dried and baked.
- the solution according to the invention makes it possible for the first time to specify a wear material for shaft-hub regions in which corrosion in the shaft-hub region is largely restricted or even prevented and caking of the shaft-hub materials is largely prevented. This is realized with a simple and inexpensive method for applying the wear material to one or more contact surfaces in the shaft-hub region.
- At least partially disposed on the contact surfaces of the shaft and hub at least one plastic layer, wherein the plastic layer in the contact region between the shaft and hub electrochemical insulation and Realized separation between the materials of the contact surfaces of shaft and hub.
- the inventive solution as a kind of plastic (surface) seal.
- contact surfaces Materials that make up the contact surfaces are predominantly metallic materials, but increasingly also carbon fiber composite materials or ceramics.
- the pairings of contact surfaces of shaft-hub areas are predominantly metal-metal pairings, but also metal-non-metal pairings or metal-carbon fiber composite pairings.
- the plastics, which are applied as wear material according to the invention on the contact surfaces in shaft-hub areas are, in order to ensure the electrochemical insulation and separation of the contact surfaces, advantageously substantially non-polar or non-polar and at least substantially adhesive or anti-adhesive at least on its surface ,
- the continuous service temperatures are preferably above, even from a short time, one or more times occurring maximum temperatures in the system when using the shaft-hub connections.
- these can be plastics with continuous use temperatures of ⁇ 90 ° C, such as polystyrene (PS), polyethylene (PE), LD-PE, LLDPE, HD-PE, polypropylene (PP), styrene-acrylonitrile (SAN) copolymer and / or acrylonitrile-styrene-acrylate terpolymer, or with continuous use temperatures ⁇ 160 ° C, such as polycarbonate (PC), Polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyamide (PA), especially PA1 1 or PA12, or at continuous service temperatures ⁇ 260 ° C, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene-propylene (FEP
- Hardened / crosslinked thermosets such as epoxy resins, phenolic resins, melamine resins, UP resins, acrylate resins, vinyl ester resins or PUR resins on a support material, such as paper, textile, can also be used as plastics used according to the invention for the electrochemical isolation and separation of the contact surfaces in the shaft-hub region Tissue or nonwoven, be used as a thin film and / or as a crosslinked layer.
- Vulcanized elastomers or crosslinked thermoplastic elastomers can also be used as a thin film or as a dried, vulcanized or crosslinked layer applied from solution.
- the plastics used according to the invention are advantageously untreated or surface-treated on one side, etched and / or plasma-treated, and can be used as a pure polymer material, in the form of polymer blends, in filled and / or reinforced form.
- the wear materials of the invention are applied according to the invention by at least on parts of the contact surfaces of the shaft and / or hub, a plastic material, which realizes an electrochemical isolation and separation between the materials of shaft and hub, in the form of a film or in the form of a Solution or in the form of coated or impregnated with the plastic layer material is applied.
- the plastic is placed in the form of a film fitting on one or parts of the contact surfaces of the shaft and / or hub or applied and / or fixed.
- a positioning and / or fixing of the film can be realized by wetting a surface with an auxiliary, such as an aqueous surfactant solution, or by bonding to the contact surface or by baking the dried layer applied as a plastic solution.
- an auxiliary such as an aqueous surfactant solution
- the continuous service temperature should advantageously also be above briefly occurring maximum temperatures in the system when using the shaft-hub connections.
- a film of the wear material according to the invention is at least partially placed or glued on at least one of the surfaces of the shaft or hub so that after screwing or other type of fixing shaft and hub, the contact surfaces between the shaft and hub through the film at least partially separated and externally protected against environmental influences.
- films of the wear material according to the invention are applied to both contact surfaces, that is, to the contact surface of the shaft and to the contact surface of the hub.
- the contact surfaces of both shaft and hub are covered as completely as possible with a plastic film.
- the films used for the contact surfaces of the shaft and hub are adapted to the contact surfaces and advantageously consist of different, incompatible plastics. Since most plastics are incompatible with each other, which proves the separation of the individual film layers after a multilayer film extrusion of incompatible plastics without compatibilizer, no bond between the individual film components in the multilayer film extrusion is thus achieved in the melt contact. Analog incompatible plastics can not be welded together and also show no tendency to adhesion together. Films made from incompatible plastics have a separating effect in the shaft-hub system.
- plastics are applied as solutions to the contact surfaces.
- Advantageously usable plastics are PAI, PEI, PI and / or PSU.
- the application can be realized by means of spraying, knife coating or brushing. In a thermal aftertreatment, the solvent is removed and the plastic component forms a dry film / dry plastic coating.
- the solutions of different, incompatible plastics from the wear materials of the invention are sorted and applied separately on both contact surfaces, ie on the contact surface of the shaft and on the contact surface of the hub.
- the wear material according to the invention in the form of a film and on the other contact surface, the wear material in the form of a solution from which forms a dry film or a dry plastic coating after a thermal treatment.
- the contact surfaces coated with film and / or from solution with a dry (plastic) film are subjected to a temperature aftertreatment.
- this temperature aftertreatment is desirable so that complete curing of the plastics and / or complete drying and / or removal of solvents can be realized.
- the person skilled in the art knows which temperatures he must use, so that the plastic component undergoes no thermal damage and thus the solvent is almost completely removed from the resulting film or the resulting layer, so that a dry film or a dry plastic coating is formed. It has proven to be advantageous to work with a temperature control program. The majority of the solvent is removed below the boiling point of the solvent to obtain a smooth bubble-free film or layer.
- the drying conditions are either known or in to master a few attempts.
- the stepwise increase of the temperature to, for example, 20 Kelvin above the boiling point of the solvent with the highest boiling point when using a solvent mixture, the final state of the dry film or layer is produced.
- the temperature program can be worked out in a few experiments.
- the drying is carried out at 100 ° C for 1 hour. Then it is raised to 150 ° C and the layer annealed> 30 minutes. Then it is raised to 200 ° C and annealed again> 30 minutes. Finally, the already dry PAI film> 30 minutes at 220 ° C gets its final properties.
- the solutions of the plastics according to the invention may contain organic solvents or water.
- organic solvents or water may contain organic solvents or water.
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- NEP N-ethyl-2-pyrrolidone
- DMSO dimethyl sulfoxide
- DMAc ⁇ -dimethylacetamide
- DMF dimethyl sulfoxide
- a residual solvent content of ⁇ 1 Ma .-%, preferably ⁇ 0.5 Ma .-%, more preferably ⁇ 0.1 Ma .-%, based on the fixed layer, are complied with.
- the solutions with layer thicknesses of ⁇ 500 ⁇ , advantageously ⁇ _100 ⁇ , even more advantageously ⁇ 25 ⁇ , applied and / or they have after baking layer thicknesses in the range of ⁇ 500 ⁇ , advantageously ⁇ _100 ⁇ , even more advantageously ⁇ 25 ⁇ on.
- wear materials according to the invention can also be applied to the contact surfaces in shaft-hub regions in the form of a layer material coated or impregnated with the plastic.
- Epoxy resins, vinyl ester resins, phenolic resins and / or melamine resins can advantageously be used as the coating or impregnating material.
- the layer material used can be paper or paperboard or textile fabrics, such as woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, nonwovens.
- the textile fabrics can be used from natural or synthetic fibers, advantageously carbon fibers.
- the coated or impregnated Schichtmatehalien can be cured prior to application to the contact surfaces in the shaft-hub region or even after application to the contact surface of the shaft and / or hub before connecting / fixing shaft and hub by pressing and temperature application or by a cured there temperature increase to be cured.
- their curing takes place before application to the contact surfaces.
- fillers and / or reinforcing materials and / or additives can be used for the wear material according to the invention.
- PTFE or waxes such as PE waxes, montan waxes, carnauba wax or calcium stearate, are present as release-active additives.
- waxes When waxes are used, it is advantageous to use only waxes in concentrations of ⁇ 5% by weight and advantageously ⁇ 1% by weight of wax substance or as a wax mixture in the wear material according to the invention as insulating, separating layer between shaft and hub, so that they are used in the film production or in the Layer production at least partially migrate to the surface and here can perform their separation-active function, but due to their low concentration can not reach adjacent areas and there uncontrolled property changes, such as to exercise on brakes.
- a car Opel Astra was equipped in October with winter tires on alloy wheels. With the car until the wheel change on summer tires at the end of April a mileage of about 20,000 km, preferably on highways in southern Germany and on roads in low mountain ranges realized. At night, the car was parked without a cleaning of the debris from the road in the suspension in a garage. During the period of car use from October to the end of April, no cleaning work was carried out on the wheel suspension in the wheel hub area so that the environmental media influences were present and able to take effect over the entire period.
- Comparative Example 1 the car was equipped with winter tires in October, but in the contact area of rim and hub, a polyimide (thickness 25.4 ⁇ , KAPTON® 100 HN, Fa. Krempel Group) positioned previously according to the contact surfaces with recesses for the Bolt was adjusted. The contact surfaces of the rim and hub were previously cleaned of adhering dirt. After the comparable mileage according to Comparative Example 1, the wheels were changed to summer tires at the end of April. All wheels could be easily and easily separated from the hub and it was found neither corrosion of the contact surfaces nor a caking of rim and hub.
- Example 2 Analogously to Example 1, the following films were positioned in the cleaned contact area of rim and hub: a) PTFE peeling film (thickness 0.1 mm, PTFE Nünchritz)
- PC / PBT film PC film on rim, PBT film on hub, Bayfol®, thickness each 175 ⁇ m, Fa. Bayer
- PE film (thickness 125 ⁇ , MELINEX®, Fa. ThyssenKrupp Plastics).
- Comparative Example 1 was on the cleaned contact area of the rim (contact area between the rim and hub) on the rim a one-side etched PTFE film with the thickness of 0.1 mm (PTFE Nünchritz), previously in accordance with the contact surfaces with recesses for the Bolt was adjusted, positioned by means of hot-curing epoxy resin and glued under pressure at 160 ° C. The gluing of the correspondingly adapted / cut PTFE film took place in such a way that the PTFE film on the etched side had previously been thinly coated with the epoxy resin and then applied and hot-bonded under pressure. After bonding and before joining the rim and hub by screwing the contact surfaces of rim with glued PTFE film and hub of cleaned adhering dust / dirt. The rim was fixed to the hub by screwing.
- Comparative Example 1 was on the cleaned contact area of the rim (contact area between the rim and hub) on the rim a PAI + PTFE lubricating varnish (made of chemically coupled PAI-PTFE material with 20 mass% PTFE by dissolving / dispersing in NMP with a Solids content of 25% by mass) by brushing with a film thickness of about 0.1 mm.
- the liquid lubricating varnish layer formed a smooth layer. This layer on the rim was positioned horizontally at 100 ° C for 1 hour in a convection oven.
- the lubricating varnish layer on the rim for 1 hour at 150 ° C, 1 hour at 200 ° C and finally annealed at 225 ° C for 1 hour in a convection oven / post-treated.
- the bonded coating was again leveled / ground flat and cleaned the contact surfaces of rim with lubricating varnish and hub of adhering dust / dirt. The rim was fixed to the hub by screwing.
- Comparative Example 1 was on the cleaned contact area between the rim and hub an epoxy resin-impregnated cotton fabric (with 1 mass% montan wax, based on the amount of epoxy resin used), the hot cured under compression and prior to loading according to the Contact surfaces with recesses for the bolt has been adjusted, positioned. The previous curing of the thermosetting epoxy resin with the cotton fabric must be quantitative.
- the rim and hub contact surfaces were cleaned of adhering dust / dirt prior to joining and loading the adjusted, quantitatively cured cotton fabric epoxy layer.
- the rim was fixed to the hub by screwing. After the comparable mileage according to Comparative Example 1, the wheels were changed to summer tires at the end of April. All wheels could be easily and easily separated from the hub and it was found neither corrosion of the contact surfaces nor a caking of rim and hub.
- a PP film (NOVOTEAR ® film, thickness 125 Fa. Nowofol ⁇ ,) is in the contact region of the rim and the hub is positioned.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Polymerchemie und betrifft ein Verschleißmaterial, welches im Bereich der Kontaktflächen zwischen Welle und Nabe, eingesetzt werden kann. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verschleißmaterials für Welle-Nabe-Bereiche, bei denen eine Korrosion und ein Verbacken der Welle-Nabe-Materialien weitgehend verhindert werden. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verschleißmaterial, bestehend aus mindestens einer Kunststoffschicht, die auf den Kontaktflächen von Welle und Nabe angeordnet ist, wobei der Kunststoff mindestens eine teilweise elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren,bei dem mindestens auf Teile der Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe ein Kunststoff, in Form einer Folie oder in Form einer Lösung und anschließende Trocknung zu einer Schicht oder in Form eines mit dem Kunststoff beschichteten oder getränkten und gehärteten/vernetzten Schichtmaterials aufgebracht wird.
Description
Verschleißmatenal für Welle-Nabe-Bereiche und Verfahren zu seiner Aufbringung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Polymerchemie und betrifft ein Verschleißmaterial für Welle-Nabe-Bereiche, insbesondere von Felge-Nabe-Bereiche von Rädern, welches im Bereich der Kontaktflächen zwischen einer Welle oder Felge und einer Nabe, beispielsweise eines Rades im Maschinenbau oder im Fahrzeugbau, eingesetzt werden kann, und ein Verfahren zu seiner Aufbringung.
Im Maschinenbau und speziell in KFZ-Bereich werden zur Radbefestigung Felgen mit Naben (weiterhin allgemein als Welle-Nabe-Bereich und speziell für den KFZ- Bereich als Felge-Nabe-Bereich bezeichnet) verschraubt oder miteinander verbunden, die aus gleichem oder unterschiedlichem Material bestehen, beispielsweise Stahlfelgen und Stahlnaben oder Leichtmetallfelgen/Aluminiumfelgen und Stahlnaben oder Kohlenstofffasercomposit-Felgen und Stahlnaben. Bei allen diesen Materialpaarungen tritt beim Fahren beispielsweise im Winter durch Umwelteinflüsse, wie durch Einwirkung von Feuchtigkeit oder vor allem durch Einwirkung von wässrigen Salzlaugen, Salzlösungen und/oder Salzsprühnebel, wie sie zur Straßen- oder Flächenenteisung eingesetzt werden, an der Radaufhängung
im Felge-Nabe-Bereich Korrosion auf. Durch Eindringen dieser Medien in die Kapillarspalte zwischen Felge und Nabe findet auch hier Korrosion statt. Im Kapillarspalt zwischen Felge und Nabe korrodieren die Oberflächen unter Volumenzunahme und die Korrosionsschichten kristallisieren, das heißt, sie dehnen sich im fest gefügten Kontakt oberflächlich interpenetrierend aus und „wachsen" sozusagen ineinander und zusammen, was in Abhängigkeit von den einwirkenden Faktoren und der Zeit zum„Verbacken" von Felge und Nabe führt. Dieses Phänomen wird vor allem beim Radwechsel festgestellt. Das Rad lässt sich im Falle des „Verbackens" nur schwierig mit hohem Kraftaufwand und mit der Möglichkeit der Beschädigung der Felge von der Nabe trennen. Die entstandenen Schäden müssen ausgebessert werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. Besonders häufig ist ein „Verbacken" im KFZ-Bereich beim Verschrauben von Leichtmetallfelgen oder Stahlfelgen auf Stahlnaben festzustellen. Analog treten diese (Korrosions- )Erscheinungen an Welle-Nabe- oder Felge-Nabe-Verbindungen auch bei Maschinen und Fahrzeugen in der Fördertechnik, der Landwirtschaft und im Flugwesen sowie im Schiffsverkehr unter Seeluft-/Salzwassereinfluss auf.
Öle, Fette und Wachse als Verschleißmaterial zwischen Felge und Nabe können beispielsweise in Kraftfahrzeugen in unmittelbarer Nähe zu Bremsen nicht eingesetzt werden.
Eine Lackierung der Felgen- und/oder Nabenoberfläche schafft für die Probleme auch keine Abhilfe. Unter Einsatzbedingungen wird eine Lackschicht schnell beschädigt, wodurch ihre Schutzfunktion nicht mehr gewährleistet ist. An den beschädigten Stellen kommt es zur Korrosion und„Hinterrostung" der Lackschicht. Ferner besitzen kommerzielle Lacke aufgrund ihrer chemischen Struktur und Zusammensetzung eine niedrige Glastemperatur und Wärmeformbeständigkeit. Bei lackierten Teilen der Felgen und Naben kann dann beispielsweise unter Druck und Wärmeeinwirkung, wie es im Felge-Nabe-Bereich in der Nähe von Bremsen bei Bergfahrten der Fall ist, die Lackschicht mit der Substratoberfläche des zweiten, unlackierten Teiles oder die Lackschichten miteinander verkleben oder„verbacken", was gerade vermieden werden soll.
Bekannt ist der Einsatz von Keramiksprays, die auf die Kontaktflächen von Nabe und Felge aufgesprüht werden, vor allem bei der Materialkombination von Leichtmetallfelgen und Stahlnaben. Das Keramikspray wird meist auf die Oberfläche der Radnabe aufgesprüht.
Leider sind in der Praxis durch derartige Keramiksprays auch keine Verbesserungen der Probleme des„Verbackens" festzustellen.
Zunehmend werden in Leichtbauweise auch Kohlenstofffasercomposite mit Metallteilen kombiniert und verschraubt. So werden beispielsweise Felgen aus Kohlenstofffasercompositen auch im Fahrzeugbereich eingesetzt. Im Kontakt mit Metall bilden Kohlenstofffasern im Composit in Gegenwart von Feuchtigkeit und insbesondere in Gegenwart von Feuchtigkeit und Salzen oder Salzlaugen Lokalelemente, die zur (Metall-)Korrosion und somit zur Bildung z.B. von Rost und folglich zu den oben genannten Problemen führen.
Verstärkt werden diese Probleme durch das Phänomen der elektrochemischen Korrosion, wenn beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Legierungen kombiniert werden und oben genannte Umwelteinflüsse einwirken. Dies führt zur Bildung von Lokalelementen, was hinreichend bekannt ist, jedoch in der Praxis oft zu wenig oder nicht beachtet wird.
Trennschichten in Form von Folientrennschichten oder Polymertrennschichten sind in der Praxis hinreichend bekannt. Als„Trennschicht wird in der Technik eine dünne Schicht künstlichen Materials bezeichnet, mit der man zwei Materialien voneinander separiert ..." (Wikipedia, Stichwort Trennschicht).
Im Rahmen dieser Erfindung soll als Felge oder Autofeige folgendes bezeichnet werden. „Als Autofeige bezeichnet man umgangssprachlich das Rad eines Autos ohne den Autoreifen. Im eigentlichen Sinne bezeichnet man als Felge nur den äußeren Ring, der durch den Radkranz mit dem Radflansch verbunden ist. Heute werden diese für Pkw jedoch meistens aus einem Stück gefertigt, wodurch sich sprachlich eine sachlich nicht vollständig zutreffende Synonymität von Rad und Felge ergibt (was ähnlich auch für Rad und Reifen gilt). Lediglich für Nutzfahrzeuge, wie Spezial-LKW, Trecker (Schlepper), und einige Sonderanwendungen (Motorsport) gibt es aus mehreren Teilen zusammengesetzte Räder." (Wikipedia, Stichwort Autofeige).
Weiterhin soll unter Nabe im Rahmen dieser Erfindung folgendes bezeichnet werden. „Als Nabe bezeichnet man ein Maschinenelement, das auf eine Welle, eine Achse oder einen Zapfen geschoben wird. Eine Nabe besteht meist aus einem gebohrten Werkstück, in das je nach Anwendungsfall ein Lager... eingelassen wird.... Die Nabe ist stets Bestandteil einer Welle-Nabe-Verbindung." (Wikipedia, Stichwort Nabe).
Gemäß der DIN EN ISO 8044 wird Korrosion wie folgt definiert.„Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems führen kann. In den meisten Fällen ist die Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie chemischer oder metallphysikalischer Natur sein."
Nach dieser Norm sind 37 verschieden Korrosionsarten definiert. In der Technik werden neben werkstoffbasierter Korrosion auch Korrosion anhand des Ortes ihres Auftretens unterschieden, wie: Kontaktkorrosion, Flächenkorrosion, Schwingungsrisskorrosion, Spaltkorrosion, interkristalline Korrosion, Unterwanderungskorrosion (siehe auch Wikipedia, Stichwort Korrosion).
Im Rahmen dieser Erfindung soll unter Korrosion die von der Oberfläche ausgehende Zerstörung eines Metalls durch elektrochemische Reaktionen, z.B. durch Umwelteinflüsse, verstanden werden.
„Lokalelemente sind kleinflächige Korrosionselemente (oder Kontaktelemente), die mit bloßem Auge kaum zu erkennen sind. Sie sind deutlich kleiner als 1 mm2. Lokalelemente können Kristallite einer Legierung sein, die sowohl direkt als auch über einen Elektrolyten elektrisch leitend miteinander verbunden sind und eine kurzgeschlossene galvanische Zelle bilden. Lokalelemente können an Berührungsstellen von zwei verschiedenen Metallen durch Einwirkung von Feuchtigkeit, z.B. Schwitzwasser, entstehen und dort oft erhebliche Korrosion verursachen. Anfällig sind Lötstellen, Schweißnähte, Vernietungen, Verschraubungen, beschädigte Beschichtungen (z.B. angekratztes Weißblech) und Legierungen." (Wikipedia Stichwort Lokalelement).
Unter „Verbacken" soll im Rahmen dieser Erfindung der Korrosionsvorgang verstanden werden, bei dem unter Druck und Umwelteinflüssen, wie beispielsweise
Feuchtigkeit, Salzlösungen/Salz(sprüh-)nebel und Sauerstoff nach bekannten Mechanismen Komponenten durch interpenetrierende Korrosionsschichten so fest miteinander in Verbindung stehen, dass eine Trennung nur schwierig oder ohne Zerstörung einer Komponente nicht mehr möglich ist. Typische Beispiele sind im Kfz- Bereich das An- und Festkorrodieren von Leichtmetall- und Stahl-Felgen auf Stahl- Radnaben beim Räderwechsel nach längerer Einwirkung von Taumitteln (Salzlauge- und Salztaumittel zur Enteisung im Straßenverkehr) im Winter.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verschleißmaterials für Welle-Nabe-Bereiche, bei denen eine Korrosion weitgehend eingeschränkt oder auch verhindert und ein Verbacken der Welle-Nabe-Materialien weitgehend verhindert wird, sowie in der Angabe eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Aufbringung des Verschleißmaterials auf eine oder mehrere Kontaktflächen im Welle-Nabe-Bereich.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verschleißmaterial für Welle-Nabe-Bereiche besteht aus mindestens einer Kunststoffschicht, die mindestens teilweise auf den Kontaktflächen von Welle und Nabe angeordnet ist, wobei der Kunststoff der Kunststoffschicht mindestens eine teilweise elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert.
Vorteilhafterweise besteht der Kunststoff aus einem oder mehreren Polymeren, die im Wesentlichen nicht polar oder unpolar und mindestens an einer ihrer Oberflächen im Wesentlichen wenig adhäsiv oder antiadhäsiv sind.
Weiterhin vorteilhafterweise besteht der Kunststoff aus einem oder mehreren Polymeren und/oder einem Polymerblend.
Ebenfalls vorteilhafterweise sind als Polymere und/oder Polymerblends Fluorpolymere oder Hochleistungskunststoffe oder andere Kunststoffe vorhanden, bei denen noch vorteilhafterweise als Fluorpolymere Polytetrafluorethylen (PTFE),
Perfluorethylenpropylen (FEP)-Copolymer, Perfluoralkoxyalkan (PFA), Perfluormethoxyalkan (MFA), Ethylentetrafluorethylen (ETFE)-Copolymer und/oder Polychlortrifluorethylen (PCTFE), und/oder als Hochleistungskunststoffe Polyetherketon (PEK), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polysulfon (PSU), Polyethe mid (PEI), Polyamid im id (PAI), Polyimid (PI) und/oder LCP (Liqid Cristallin Polymer), und/oder als andere Kunststoffe Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid (PA), insbesondere PA1 1 oder PA12, Polystyrol (PS), Polyethylen (PE), LD-PE, LLD-PE, HD-PE, Polypropylen (PP), Styrol-Acrylnitril (SAN)-Copolymer und/oder Acrylnitril- Styrol-Acrylat-Terpolymer und/oder gehärtete/vernetzte Duromere auf einem Trägermaterial und/oder vulkanisierte Elastomere und/oder vernetzte thermoplastische Elastomere vorhanden sind.
Es ist auch vorteilhaft, wenn als Kunststoffe unbehandelte oder einseitig oberflächenbehandelte, geätzte und/oder plasmabehandelte, verklebbare Fluor-(co- )polymere und/oder unbehandelte oder einseitig oberflächenbehandelte, geätzte und/oder plasmabehandelte, verklebbare andere Kunststoffe vorhanden sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Kunststoff Füll- und/oder Verstärkungsstoffe und/oder Additive, wie trennaktive Additive, aufweist, bei denen noch vorteilhafterweise als trennaktive Additive PTFE oder Wachse, wie PE-Wachse, Montanwachse, Carnaubawachse oder Kalziumstearat, vorhanden sind.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Kunststoffschicht als Folie oder als Sprühschicht oder als Einbrennschicht oder als Schicht mit einem Trägermaterial aus einem Papier oder Pappe oder textilen Flächengebilde vorhanden ist.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn die Kunststoffschicht auf einer oder mehrerer der Kontaktflächen von Welle und Nabe oder nur auf der Kontaktfläche von Welle oder Nabe oder teilweise auf Kontaktflächen von Welle und Nabe vorhanden sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbringung eines Verschleißmaterials für Welle-Nabe-Bereiche wird mindestens auf Teile der Kontaktflächen von Welle
und/oder Nabe ein Kunststoff, der eine elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert, in Form einer Folie oder in Form einer Lösung und anschließende Trocknung zu einer Schicht oder in Form eines mit dem Kunststoff beschichteten oder getränkten und gehärteten/vernetzten Schichtmaterials aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird die Kunststoffschicht auf den Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe einer Temperaturbehandlung zur Aushärtung und/oder zum Einbrennen der als Lösung aufgebrachten und getrockneten Schicht des Kunststoffes realisiert.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird als beschichtetes oder getränktes Schichtmaterial Papier oder Pappe oder textile Flächengebilde, wie Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vliese oder Filze, eingesetzt.
Weiterhin vorteilhafterweise wird das Verschleißmaterial als Schicht(material) und vorzugsweise als Folie aus Kunststoff auf die Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe aufgebracht und verklebt.
Und auch vorteilhafterweise wird eine Lösung aus dem Kunststoff auf die Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe aufgesprüht, geräkelt oder gestrichen und anschließend getrocknet und eingebrannt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich ein Verschleißmaterial für Welle-Nabe-Bereiche anzugeben, bei denen eine Korrosion im Welle-Nabe- Bereich weitgehend eingeschränkt oder auch verhindert und ein Verbacken der Welle-Nabe-Materialien weitgehend verhindert wird. Dies wird mit einem einfachen und kostengünstigen Verfahren zur Aufbringung des Verschleißmaterials auf eine oder mehrere Kontaktflächen im Welle-Nabe-Bereich realisiert.
Dazu wird mindestens teilweise auf die Kontaktflächen von Welle und Nabe mindestens eine Kunststoffschicht angeordnet, wobei die Kunststoffschicht im Kontaktbereich zwischen Welle und Nabe eine elektrochemische Isolierung und
Trennung zwischen den Materialien der Kontaktflächen von Welle und Nabe realisiert. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Lösung als eine Art Kunststoff-(flächen-)dichtung ein Eindringen von Feuchtigkeit, Salzlösungen/Salz(sprüh-)nebel und Sauerstoff in den (Kapillar-)Spalt zwischen Welle und Nabe weitgehend verhindert.
Durch die mindestens teilweise Verhinderung des direkten Kontaktes von Flächen von Welle und Nabe und durch die„Abdichtung" des Kontaktbereiches zwischen Welle und Nabe im (Kapillar-)Spalt werden elektrochemische Reaktionen zwischen den Materialien der Kontaktflächen und den Umweltmedien mindestens so weit verhindert, dass mindestens eine teilweise elektrochemische Isolation, vorteilhafterweise eine vollständige elektrochemische Isolation, erreicht wird.
Bekanntermaßen sind die meisten Reaktionen, die eine Korrosion verursachen, elektrochemischer Natur. Erfindungsgemäß wird nun erstmals vorgeschlagen, elektrochemische Reaktionen zwischen Kontaktflächen untereinander unter dem Einfluss von Umweltmedien in Welle-Nabe-Bereichen soweit zu verhindern, dass möglichst keine und vorteilhafterweise keine Korrosion eintreten kann.
Materialien, aus denen die Kontaktflächen bestehen, sind überwiegend metallische Materialien, zunehmend aber auch Kohlefaserkompositmaterialien oder Keramiken. Bei den Paarungen von Kontaktflächen von Welle-Nabe-Bereichen handelt es sich überwiegend um Metall-Metall-Paarungen, aber auch um Metall-Nichtmetall- Paarungen oder Metall-Kohlefaserkomposit-Paarungen.
Die Kunststoffe, die als erfindungsgemäßes Verschleißmaterial auf die Kontaktflächen in Welle-Nabe-Bereichen aufgebracht werden, sind, um die elektrochemische Isolierung und Trennung der Kontaktflächen zu gewährleisten, vorteilhafterweise im Wesentlichen nicht polar oder unpolar und mindestens an ihrer Oberfläche im Wesentlichen wenig adhäsiv oder antiadhäsiv.
Dabei sollten jeweils solche Kunststoffe eingesetzt werden, deren Dauergebrauchstemperaturen vorzugsweise oberhalb, auch von kurzzeitig, ein- oder mehrmalig auftretenden Höchsttemperaturen im System beim Einsatz der Welle- Nabe-Verbindungen liegen. Je nach Anwendungsfall können dies Kunststoffe mit Dauergebrauchstemperaturen von < 90 °C, wie Polystyrol (PS), Polyethylen (PE),
LD-PE, LLD-PE, HD-PE, Polypropylen (PP), Styrol-Acrylnitril (SAN)-Copolymer und/oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Terpolymer, oder mit Dauergebrauchstemperaturen < 160 °C, wie Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid (PA), insbesondere PA1 1 oder PA12, oder mit Dauergebrauchstemperaturen < 260 °C, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluorethylenpropylen (FEP)-Copolymer, Perfluoralkoxyalkan (PFA), Perfluormethoxyalkan (MFA), Ethylentetrafluorethylen (ETFE)-Copolymer und/oder Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyetherketon (PEK), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polyamidimid (PAI), Polyimid (PI) und/oder LCP (Liquid Crystal Polymer), sein.
Als erfindungsgemäß eingesetzten Kunststoffe zur elektrochemischen Isolierung und Trennung der Kontaktflächen im Welle-Nabe-Bereich können auch gehärtete/vernetzte Duromere, wie Epoxidharze, Phenolharze, Melaminharze, UP- Harze, Acrylatharze, Vinylesterharze oder PUR-Harze auf einem Trägermaterial, wie Papier, textiles Gewebe oder Vlies, als dünner Film und/oder als vernetzte Schicht eingesetzt werden.
Als erfindungsgemäß eingesetzte Kunststoffe zur elektrochemischen Isolierung und Trennung der Kontaktflächen im Welle-Nabe-Bereich können auch vulkanisierte Elastomere oder vernetzte thermoplastische Elastomere (TPE) als dünner Film oder als aus Lösung aufgetragene, getrocknete und vulkanisierte oder vernetzte Schicht eingesetzt werden.
Vor dem Einsatz der Materialien, sowohl der bekannten als auch der erfindungsgemäßen, ist deren Eignung für den speziellen Einsatzzweck zu testen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Kunststoffe sind vorteilhafterweise unbehandelt oder einseitig oberflächenbehandelt, geätzt und/oder plasmabehandelt, und können als reines Polymermaterial, in Form von Polymerblends, in gefüllter und/oder in verstärkter Form eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Verschleißmaterialien werden erfindungsgemäß aufgebracht, indem mindestens auf Teile der Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe ein Kunststoff, der eine elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert, in Form einer Folie oder in Form einer
Lösung oder in Form eines mit dem Kunststoff beschichteten oder getränkten Schichtmaterials aufgebracht wird.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff in Form einer Folie passgerecht auf eine oder Teile der Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe aufgelegt oder aufgebracht und/oder fixiert wird. Eine Positionierung und/oder Fixierung der Folie kann durch Benetzen einer Oberfläche mit einem Hilfsmittel, wie beispielsweise einer wässrigen Tensidlösung, oder durch Verkleben mit der Kontaktfläche oder durch Einbrennen der als Kunststofflösung aufgebrachten, getrockneten Schicht realisiert werden. Dabei ist zu beachten, dass im Falle des Einsatzes eines Klebers, dessen Dauergebrauchstemperatur vorteilhafterweise ebenfalls oberhalb von kurzzeitig auftretenden Höchsttemperaturen im System beim Einsatz der Welle-Nabe- Verbindungen liegen sollte.
Als Folien kommen dabei Folien mit Schichtdicken von < 500 μιτι, vorteilhafterweise <_100 μιτι, noch vorteilhafterweise < 25 μιτι, zum Einsatz.
Erfindungsgemäß wird eine Folie aus dem erfindungsgemäßen Verschleißmaterial passgerecht mindestens teilweise auf mindestens eine der Flächen von Welle oder Nabe aufgelegt oder aufgeklebt, so dass nach dem Verschrauben oder einer anderen Art des Fixierens von Welle und Nabe die Kontaktflächen zwischen Welle und Nabe durch die Folie mindestens teilweise getrennt und nach außen hin gegen Umwelteinflüsse geschützt vorliegen.
Vorteilhafterweise werden Folien aus dem erfindungsgemäßen Verschleißmaterial auf beide Kontaktflächen, also auf die Kontaktfläche der Welle und auf die Kontaktfläche der Nabe aufgebracht. Dabei werden die Kontaktflächen sowohl von Welle als auch von Nabe möglichst vollständig mit einer Kunststofffolie bedeckt. Die eingesetzten Folien für die Kontaktflächen von Welle und Nabe werden den Kontaktflächen entsprechend angepasst und bestehen dabei vorteilhafterweise aus unterschiedlichen, unverträglichen Kunststoffen. Da die meisten Kunststoffe miteinander unverträglich sind, was die Trennung der einzelnen Folienschichten nach einer Mehrschichtfolienextrusion unverträglicher Kunststoffe ohne KompatibilizerA/erträglichkeitsvermittler belegt, wird folglich auch im Schmelzkontakt kein Verbund zwischen den einzelnen Folienkomponenten bei der Mehrschichtfolienextrusion erreicht. Analog lassen sich unverträgliche Kunststoffe nicht miteinander verschweißen und zeigen auch keine Neigung zur Adhäsion
miteinander. Folien aus unverträglichen Kunststoffen wirken im Welle-Nabe-System trennend.
Erfindungsgemäß ist es auch vorteilhaft, wenn die Kunststoffe als Lösungen auf die Kontaktflächen aufgebracht werden. Vorteilhaft dabei einsetzbare Kunststoffe sind PAI, PEI, PI und/oder PSU. Das Aufbringen kann dabei mittels Sprühen, Rakeln oder Streichen realisiert werden. In einer thermischen Nachbehandlung wird das Lösemittel entfernt und die Kunststoffkomponente bildet einen trockenen Film/eine trockene Kunststoffbeschichtung.
Auch hier werden vorteilhafterweise die Lösungen unterschiedlicher, unverträglicher Kunststoffe aus den erfindungsgemäßen Verschleißmaterialien sortenrein und getrennt auf beide Kontaktflächen, also auf die Kontaktfläche der Welle und auf die Kontaktfläche der Nabe aufgebracht.
Es ist auch möglich, auf eine Kontaktfläche das erfindungsgemäße Verschleißmaterial in Form einer Folie und auf die andere Kontaktfläche das Verschleißmaterial in Form einer Lösung, aus der sich nach einer thermischen Nachbehandlung ein trockener Film oder eine trockene Kunststoffbeschichtung bildet, aufzubringen.
Vorteilhafterweise werden die mit Folie und/oder die aus Lösung mit einem trockenen (Kunststoff-)Film beschichteten Kontaktflächen einer Temperaturnachbehandlung unterworfen. Vor allem bei der Verwendung von Kunststofflösungen ist diese Temperaturnachbehandlung wünschenswert, damit ein vollständiges Aushärten der Kunststoffe und/oder ein vollständiges Trocknen und/oder Entfernen von Lösungsmitteln realisiert werden kann. Je nach Art der Kunststoffkomponente und des verwendeten Lösungsmittels ist dem Fachmann geläufig, welche Temperaturen er einsetzen muss, damit die Kunststoffkomponente keine thermische Schädigung erfährt und damit auch das Lösungsmittel nahezu vollständig aus dem entstehenden Film oder der entstehenden Schicht entfernt wird, so dass ein trockener Film oder eine trockene Kunststoffbeschichtung entsteht. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, mit einem Temperaturstufenprogramm zu arbeiten. Der Hauptanteil des Lösungsmittels wird unterhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels entfernt, um einen glatten blasenfreien Film oder Schicht zu erhalten. Bei Einsatz eines Lösungsmittelgemisches sind die Trocknungsbedingungen entweder bekannt oder in
einigen wenigen Versuchen zu erarbeiten. Mit der stufenweisen Anhebung der Temperatur bis beispielsweise 20 Kelvin oberhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels mit dem höchsten Siedepunkt bei Einsatz eines Lösungsmittelgemisches wird der Endzustand des trockenen Filmes oder Schicht hergestellt. In Abhängigkeit von der angestrebten Film-/Schichtdicke kann in wenigen Versuchen das Temperaturprogramm erarbeitet werden.
Beispielsweise wird beim Einsatz von NMP mit einem Siedepunkt von 203 °C als Lösungsmittel für eine PAI-NMP-Lösung mit einem Feststoffanteil von 15 Masse-% die Trocknung 1 Stunde bei 100 °C durchgeführt. Danach wird auf 150 °C erhöht und die Schicht > 30 Minuten getempert. Anschließend wird auf 200 °C erhöht und nochmals > 30 Minuten getempert. Abschließend erhält der schon trockene PAI-Film > 30 Minuten bei 220 °C seine finalen Eigenschaften.
Die Lösungen der erfindungsgemäßen Kunststoffe können organische Lösungsmittel oder Wasser enthalten. Vorteilhafterweise könnenN-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), N- Ethyl-2-pyrrolidon (NEP), Dimethylsulfoxid (DMSO), Ν,Ν-Dimethylacetamid (DMAc) oder Ν,Ν-Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel eingesetzt werden, wobei selbstverständlich deren Löslichkeit für die einzusetzenden Kunststoffe und Arbeitsund Sicherheitsbestimmungen zu beachten sind.
Im Falle, das die aufgebrachte Schicht und/oder die Folie einer Temperaturnachbehandlung zum Einbrennen der Schicht unterzogen werden soll, sollte ein Lösungsmittelrestgehalt von < 1 Ma.-%, vorzugsweise < 0,5 Ma.-%, noch bevorzugter < 0,1 Ma.-%, bezogen auf die fixierte Schicht, eingehalten werden.
Vorteilhafterweise werden die Lösungen mit Schichtdicken von < 500 μιτι, vorteilhafterweise <_100 μιτι, noch vorteilhafterweise < 25 μιτι, aufgebracht und/oder sie weisen nach dem Einbrennen Schichtdicken in den Bereichen von < 500 μιτι, vorteilhafterweise <_100 μιτι, noch vorteilhafterweise < 25 μιτι auf.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Verschleißmaterialien auch in Form eines mit dem Kunststoff beschichteten oder getränkten Schichtmaterials auf die Kontaktflächen in Welle-Nabe-Bereichen aufgebracht werden.
Als Beschichtungs- oder Tränkmaterial können vorteilhafterweise Epoxidharze, Vinylesterharze, Phenolharze und/oder Melaminharze eingesetzt werden.
Als Schichtmaterial kann Papier oder Pappe oder textile Flächengebilde, wie Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vliese, eingesetzt werden. Die textilen Flächengebilde können dabei aus Natur- oder Kunstfasern, vorteilhafterweise Kohlenstofffasern eingesetzt werden.
Die beschichteten oder getränkten Schichtmatehalien können vor dem Aufbringen auf die Kontaktflächen im Welle-Nabe-Bereich ausgehärtet werden oder auch nach dem Aufbringen auf die Kontaktfläche von Welle und/oder Nabe vor dem Verbinden/Fixieren von Welle und Nabe durch Pressen und Temperaturanwendung oder durch eine dort eingebrachte Temperaturerhöhung ausgehärtet werden. Vorteilhafterweise erfolgt ihre Aushärtung vor dem Aufbringen auf die Kontaktflächen.
Weiterhin können Füll- und/oder Verstärkungsstoffe und/oder Additive, wie trennaktive Additive, für das erfindungsgemäße Verschleißmaterial eingesetzt werden. Vorteilhafterweise sind als trennaktive Additive PTFE oder Wachse, wie PE- Wachse, Montanwachse, Carnaubawachs oder Kalziumstearat, vorhanden.
Beim Einsatz von PTFE als trennaktives Additiv wird vorteilhafterweise ein chemisch gekoppeltes Kunststoff-PTFE-Material eingesetzt.
Beim Einsatz von Wachsen ist es vorteilhaft nur Wachse in Konzentrationen < 5 Masse-% und vorteilhaft < 1 Masse-% an Wachssubstanz oder als Wachsgemisch im erfindungsgemäßen Verschleißmaterial als isolierende, trennende Schicht zwischen Welle und Nabe einzusetzen, damit diese bei der Folienherstellung oder bei der Schichtherstellung mindestens teilweise zur Oberfläche migrieren und hier ihre trennaktive Funktion ausüben können, jedoch aufgrund ihrer niedrigen Konzentration nicht in benachbarte Bereiche gelangen und dort unkontrollierte Eigenschaftsveränderungen, wie beispielsweise an Bremsen, ausüben können.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung konnte beispielsweise beim Einsatz im Welle- Nabe-Bereich von Autorädern beim Radwechsel festgestellt werden, dass kein Verbacken auftrat und dass sich die Räder ohne Probleme von der Nabe trennen ließen.
Werden in der Praxis die mit erfindungsgemäßem Verschleißmaterial versehenen Welle-Nabe-Bereiche getrennt, so ist nach dem Zustand des Verschleißmaterials zu entscheiden, ob erneut Verschleißmaterial aufgebracht werden muss oder nicht.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird bei ordnungsgemäßer Handhabung eine mehrmalige Trennung des Welle-Nabe-Bereiches ohne Ersatz oder Erneuerung des Verschleißmaterials erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Vergleichsbeispiel 1
Ein PKW Opel Astra wurde im Oktober mit Winterreifen auf Leichtmetallfelgen ausgerüstet. Mit dem PKW wurde bis zum Räderwechsel auf Sommerreifen Ende April eine Laufleistung von ca. 20.000 km, vorzugsweise auf Autobahnen im süddeutschen Raum sowie auf Straßen in Mittelgebirgen realisiert. Nachts wurde der PKW ohne eine Reinigung von den Auftaumitteln aus dem Straßenverkehr im Bereich der Radaufhängung in einer Garage abgestellt. Im Zeitraum der PKW- Nutzung von Oktober bis Ende April wurden keine Reinigungsarbeiten an der Radaufhängung im Bereich Felge-Nabe durchgeführt, so dass die Umweltmedieneinflüsse über den gesamten Zeitraum präsent waren und wirken konnten.
Beim Räderwechsel Ende April auf Sommerreifen wurde festgestellt, dass sich die Vorderräder nach Lösen der Radmuttern nur unter Kraftaufwand von der Nabe trennen ließen. Die beiden Hinterräder waren so„fest verbacken", dass nach Lösen der Radmuttern die Räder nur mit Hilfe eines Vorschlaghammers mit vorgelegtem Holzklotz (zum Schutz der Leichtmetallfelge) von der Nabe getrennt werden konnten.
Beispiel 1
Entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wurde der PKW im Oktober mit Winterreifen ausgerüstet, jedoch wird im Kontaktbereich von Felge und Nabe eine Polyimidfolie (Dicke 25,4 μιτι, KAPTON® 100 HN, Fa. Krempel Group) positioniert, die zuvor entsprechend den Kontaktflächen mit Aussparungen für die Bolzen angepasst wurde. Die Kontaktflächen von Felge und Nabe wurden vorher von anhaftendem Schmutz gereinigt.
Nach der vergleichbaren Laufleistung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde der Räderwechsel auf Sommerreifen Ende April durchgeführt. Alle Räder konnten leicht und problemlos von der Nabe getrennt werden und es wurde weder eine Korrosion der Kontaktflächen noch ein Verbacken von Felge und Nabe festgestellt.
Beispiel 2
Analog Beispiel 1 wurden in den gesäuberten Kontaktbereich von Felge und Nabe die nachfolgenden Folien positioniert: a) PTFE-Schälfolie (Dicke 0,1 mm, Fa. PTFE Nünchritz)
b) ETFE-Folie (Dicke 25 μπη, NOWOFLON ET, Fa. Nowofol)
c) PC/PBT-Folie (PC-Folie auf Felge, PBT-Folie auf Nabe, Bayfol®, Dicke je 175 μιτι, Fa. Bayer)
d) PE-Folie (Dicke 125 μπτι, MELINEX®, Fa. ThyssenKrupp Plastics).
Nach der vergleichbaren Laufleistung gemäß Beispiel 1 konnten beim Räderwechsel in allen Fällen bei Einsatz aller Folien von a) bis d) alle Räder leicht und problemlos von der Nabe getrennt werden und es wurde weder eine Korrosion der Kontaktflächen noch ein Verbacken von Felge und Nabe festgestellt.
Beispiel 3
Entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wurde auf den gesäuberten Kontaktbereich der Felge (Kontaktbereich zwischen Felge und Nabe) auf die Felge eine einseitig geätzte PTFE-Folie mit der Dicke von 0,1 mm (Fa. PTFE Nünchritz), die zuvor entsprechend den Kontaktflächen mit Aussparungen für die Bolzen angepasst wurde, mittels heiß härtendem Epoxidharz positioniert und unter Druck bei 160 °C aufgeklebt. Das Verkleben der entsprechend angepassten/zugeschnittenen PTFE-Folie erfolgte in der Form, dass die PTFE-Folie auf der geätzten Seite zuvor mit dem Epoxidharz dünn eingestrichen und dann aufgebracht und unter Druck heiß verklebt wurde. Nach dem Verkleben und vor dem Fügen von Felge und Nabe durch Verschrauben wurden die Kontaktflächen von Felge mit aufgeklebter PTFE-Folie und Nabe von
anhaftendem Staub/Schmutz gereinigt. Die Felge wurde mit der Nabe durch Verschrauben fixiert.
Nach der vergleichbaren Laufleistung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde der Räderwechsel auf Sommerreifen Ende April durchgeführt. Alle Räder konnten leicht und problemlos von der Nabe getrennt werden und es wurde weder eine Korrosion der Kontaktflächen noch ein Verbacken von Felge und Nabe festgestellt.
Beispiel 4
Entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wurde auf den gesäuberten Kontaktbereich der Felge (Kontaktbereich zwischen Felge und Nabe) auf die Felge ein PAI+PTFE- Gleitlack (hergestellt aus chemisch gekoppeltem PAI-PTFE-Material mit 20 Masse-% PTFE durch Lösen/Dispergieren in NMP mit einem Feststoffanteil von 25 Ma.-%) durch Streichen mit einer Filmdicke von ca. 0,1 mm aufgetragen. Die flüssige Gleitlackschicht bildete eine glatte Schicht. Diese Schicht auf der Felge wurde waagerecht positioniert bei 100 °C 1 Stunde in einem Umluftofen getrocknet. Anschließend wurde die Gleitlackschicht auf der Felge 1 Stunde bei 150 °C, 1 Stunde bei 200 °C und abschließend 1 Stunde bei 225 °C im Umluftofen getempert/nachbehandelt. Es entstand ein glatter Gleitlackfilm mit einer Dicke von ca. 30 μιτι. Vor dem Fügen durch Verschrauben wurde der Gleitlack noch einmal planiert/plangeschliffen und die Kontaktflächen von Felge mit Gleitlack und Nabe von anhaftendem Staub/Schmutz gereinigt. Die Felge wurde mit der Nabe durch Verschrauben fixiert.
Nach der vergleichbaren Laufleistung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde der Räderwechsel auf Sommerreifen Ende April durchgeführt. Alle Räder konnten leicht und problemlos von der Nabe getrennt werden und es wurde weder eine Korrosion der Kontaktflächen noch ein Verbacken von Felge und Nabe festgestellt.
Beispiel 5
Entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wurde auf den gesäuberten Kontaktbereich zwischen Felge und Nabe ein Epoxidharz-getränktes Baumwollgewebe (mit 1 Masse-% Montanwachs, bezogen auf die eingesetzte Epoxidharzmenge), das unter Verpressen heiß ausgehärtet und vor dem Einlegen entsprechend den
Kontaktflächen mit Aussparungen für die Bolzen angepasst wurde, positioniert. Die zuvor erfolgte Aushärtung des heißhärtenden Epoxidharzes mit dem Baumwollgewebe muss quantitativ sein. Die Kontaktflächen von Felge und Nabe wurden vor dem Fügen und dem Einlegen der angepassten, quantitativ ausgehärteten Baumwollgewebe-Epoxidharzschicht von anhaftendem Staub/Schmutz gereinigt. Die Felge wurde mit der Nabe durch Verschrauben fixiert. Nach der vergleichbaren Laufleistung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde der Räderwechsel auf Sommerreifen Ende April durchgeführt. Alle Räder konnten leicht und problemlos von der Nabe getrennt werden und es wurde weder eine Korrosion der Kontaktflächen noch ein Verbacken von Felge und Nabe festgestellt.
Beispiel 6:
Analog Beispiel 1 wird im Kontaktbereich von Felge und Nabe eine PP-Folie (NOVOTEAR®-Folie, Dicke 125 μητι, Fa. Nowofol) positioniert.
Nach einer vergleichbaren Laufleistung wurde beim Reifenwechsel auf Sommerreifen kein Verbacken festgestellt - die Räder ließen sich ohne Probleme von der Nabe trennen. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 , 2 und 5 war es sinnvoll, dass die PP- Folie beim Radwechsel erneuert wird.
Claims
1 . Verschleißmatenal für Welle-Nabe-Bereiche, bestehend aus mindestens einer Kunststoffschicht, die mindestens teilweise auf den Kontaktflächen von Welle und Nabe angeordnet ist, wobei der Kunststoff der Kunststoffschicht mindestens eine teilweise elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert.
2. Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem der Kunststoff aus einem oder mehreren Polymeren besteht, die im Wesentlichen nicht polar oder unpolar und mindestens an einer ihrer Oberflächen im Wesentlichen wenig adhäsiv oder antiadhäsiv sind.
3. Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem der Kunststoff aus einem oder mehreren Polymeren und/oder einem Polymerblend besteht.
4. Verschleißmaterial nach Anspruch 3, bei dem als Polymere und/oder Polymerblends Fluorpolymere oder Hochleistungskunststoffe oder andere Kunststoffe vorhanden sind.
5. Verschleißmaterial nach Anspruch 4, bei dem als Fluorpolymere Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluorethylenpropylen (FEP)-Copolymer, Perfluoralkoxyalkan (PFA), Perfluormethoxyalkan (MFA), Ethylentetrafluorethylen (ETFE)-Copolymer und/oder Polychlortrifluorethylen (PCTFE) vorhanden sind.
6. Verschleißmaterial nach Anspruch 4, bei dem als Hochleistungskunststoffe Polyetherketon (PEK), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polyamidimid (PAI), Polyimid (PI) und/oder LCP (Liqid Cristallin Polymer) vorhanden sind.
7. Verschleißmaterial nach Anspruch 4, bei dem als andere Kunststoffe Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid (PA), insbesondere PA1 1 oder PA12,
Polystyrol (PS), Polyethylen (PE), LD-PE, LLD-PE, HD-PE, Polypropylen (PP), Styrol-Acrylnitril (SAN)-Copolymer und/oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Terpolymer und/oder gehärtete/vernetzte Duromere auf einem Trägermaterial und/oder vulkanisierte Elastomere und/oder vernetzte thermoplastische Elastomere vorhanden sind.
8. Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem als Kunststoffe unbehandelte oder einseitig oberflächenbehandelte, geätzte und/oder plasmabehandelte, verklebbare Fluor-(co-)polymere und/oder unbehandelte oder einseitig oberflächenbehandelte, geätzte und/oder plasmabehandelte, verklebbare andere Kunststoffe vorhanden sind.
9. Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem der Kunststoff Füll- und/oder Verstärkungsstoffe und/oder Additive, wie trennaktive Additive, aufweist.
10. Verschleißmaterial nach Anspruch 9, bei dem als trennaktive Additive PTFE oder Wachse, wie PE-Wachse, Montanwachse, Carnaubawachse oder Kalziumstearat, vorhanden sind.
1 1 . Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem die Kunststoffschicht als Folie oder als Sprühschicht oder als Einbrennschicht oder als Schicht mit einem Trägermaterial aus einem Papier oder Pappe oder textilen Flächengebilde vorhanden ist.
12. Verschleißmaterial nach Anspruch 1 , bei dem die Kunststoffschicht auf einer oder mehrerer der Kontaktflächen von Welle und Nabe oder nur auf der Kontaktfläche von Welle oder Nabe oder teilweise auf Kontaktflächen von Welle und Nabe vorhanden sind.
13. Verfahren zur Aufbringung eines Verschleißmaterials für Welle-Nabe-Bereiche nach Anspruch 1 , bei dem mindestens auf Teile der Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe ein Kunststoff, der eine elektrochemische Isolierung und Trennung zwischen den Materialien von Welle und Nabe realisiert, in Form einer Folie oder in Form einer Lösung und anschließende Trocknung zu einer Schicht oder in Form
eines mit dem Kunststoff beschichteten oder getränkten und gehärteten/vernetzten Schichtmaterials aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Kunststoffschicht auf den Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe einer Temperaturbehandlung zur Aushärtung und/oder zum Einbrennen der als Lösung aufgebrachten und getrockneten Schicht des Kunststoffes realisiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als beschichtetes oder getränktes Schichtmaterial Papier oder Pappe oder textile Flächengebilde, wie Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vliese oder Filze, eingesetzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Verschleißmaterial als Schicht(material) und vorzugsweise als Folie aus Kunststoff auf die Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe aufgebracht und verklebt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Lösung aus dem Kunststoff auf die Kontaktflächen von Welle und/oder Nabe aufgesprüht, geräkelt oder gestrichen und anschließend getrocknet und eingebrannt wird.
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