WO2009068225A1 - Beschichtungsanordnung - Google Patents

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WO2009068225A1
WO2009068225A1 PCT/EP2008/009850 EP2008009850W WO2009068225A1 WO 2009068225 A1 WO2009068225 A1 WO 2009068225A1 EP 2008009850 W EP2008009850 W EP 2008009850W WO 2009068225 A1 WO2009068225 A1 WO 2009068225A1
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Tristan Kaiser
Hans-Jürgen Liesegang
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Definitions

  • the invention relates to a coating arrangement.
  • An object of the invention is therefore to provide an improved coating arrangement with which in particular high adhesion coefficients can be achieved.
  • a coating arrangement comprises the following features:
  • a coating carrier having a surface comprising depressions, wherein a proportion greater than approximately 85% of the depressions is opposite a surface environment surrounding the respective depression with a depth of less than approximately 10% 15% of the coating thickness is formed, and the coating is applied to the surface of the coating carrier and surrounds the particles at least in a lower region oriented toward the coating carrier.
  • the surface of the coating carrier is formed, for example, by grinding
  • that the groove-like depressions are formed with respect to a surface surrounding the respective recess with a depth of less than about 10% and / or an opening width less than about 15% of the coating thickness ensures optimal adhesion for the coating and at the same time prevents particles from disappearing into depressions so to speak that they do not contribute to increasing the friction of the coating arrangement.
  • the coating is formed of galvanically applied nickel, so that at the same time an excellent protective layer against corrosion-causing and other environmental influences is generated for the coating carrier.
  • the coating carrier with a greater Moosh hardness and / or a greater tensile strength is designed as a counter element, against which the coating arrangement is provided for counterpressing, so that, as desired, the regions of the particles projecting beyond the coating press into the counter element and the Coating below the particles as well as the area of the coating carrier below the particles are only slightly deformed compared to the impressions in the counter element.
  • FIG. 1 shows a perforated disk-like component on which a coating is applied
  • FIG. 2 shows a basic structure of the coating from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a perforated disk-like component provided with a coating.
  • the perforated disk-like component is subdivided into a plurality of sector-like sub-elements 50, wherein each of the sub-elements 50 comprises three holes 52.
  • the hole-disc-like component is intended for use in the area of a shaft coupling, the hole-disc-like component being arranged between, for example, flange-like widened shaft ends of two shaft elements to be connected to one another, for example a main shaft of a high-sea wind turbine.
  • the two flanges of the two shaft elements are formed with corresponding penetrations or blind holes, so that through the holes 52, the two flange-like shaft ends with the hole-disc-like component arranged therebetween can be screwed together.
  • a coding for example a toothing, may be formed on the circumference of the perforated disk-like component, so that detection of a shaft rotational speed is possible.
  • the perforated disk-like component is formed with a coating at least on its two end sides in the context of a coating arrangement.
  • a schematic diagram of the coating arrangement is shown in FIG. 2.
  • the perforated disk-like component comprises a coating carrier 10, -A- is formed of a steel having a tensile strength of approximately between 600 and 800 MPa and a Mooshärte of 6, for example, the steel grade Domex 500 MC can be used.
  • the front-side surfaces of the coating carrier 10 are then ground in such a way that the surface has a roughness of R a ⁇ 0.2 ⁇ m and the furrow-like depressions 12 caused by the grinding opposite a surface surrounding the respective recess 12 with a depth smaller are formed equal to 4 microns and an opening width less than or equal to 6 microns.
  • An undercoating 22 of nickel with a thickness of approximately 5 ⁇ m is then galvanically applied to the coating carrier 10 ground in this way.
  • Particles 30 having a Moosh hardness of 10 and an average particle size of approximately 120 ⁇ m, in particular round or blocky grain of a monocrystalline diamond, for example a natural diamond, are then placed on this undercoat 22.
  • an O-layer coating 24 made of nickel is also applied galvanically, so that the particles 30 placed on the lower coating 22 are enclosed by the upper coating 24 at least in a lower region oriented toward the coating carrier 10.
  • the top coating 24 is applied to a thickness of about 55 microns, so that the total thickness of the coating corresponds to about half the average grain size.
  • both end faces of the coating carrier 10 are correspondingly coated.
  • the two flange-like shaft ends of the two shaft elements are formed from a material which has smaller values in terms of Moosh hardness and tensile strength than the coating carrier 10, wherein the shaft ends in particular from a gray cast, for example GG 40.3 with a tensile strength in the range between 400 and 500 MPa and a Mooshärte of 5 are formed.
  • the concerns about the hole Disc-like component provided flange surfaces are formed with a roughness R a in the range between 0.5 to 1.5 microns.
  • the diamond particles 30 are pressed into the gray cast iron during screwing in such a way that the hole-disc-like component is connected with the shaft ends so as to intermesh.
  • the lower coating 22 arranged below the respective diamond grain 30 and the coating carrier region arranged underneath takes place during screwing.
  • friction coefficients greater than 0.8 can be achieved with the previously described friction coefficients.
  • the nickel coating at the same time provides excellent corrosion protection for the coating carrier 10 made of steel, so that the perforated plate-like component is reliably protected against the harshest weather conditions.

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Abstract

Eine Beschichtungsanordnung umfasst folgende Merkmale: - Partikel mit einer Mooshärte größer gleich 9 und einer vorgebbaren mittleren Korngröße, - eine Beschichtung mit einer Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße, - ein Beschichtungsträger mit einer Vertiefungen umfassenden Oberfläche, wobei ein Anteil größer ca. 85 % der Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich ca. 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet ist, und - die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht und umschließt die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger hin orientierten Bereich.

Description

B e s c h r e i b u n g
Beschichtungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind eine ganze Reihe von reibungserhöhenden Be- schichtungen bekannt, wobei aber für manche Anwendungen die damit erzielbaren Haftbeiwerte nach wie vor steigerungsbedürftig sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Beschichtungsanordnung zu schaffen, mit der insbesondere hohe Haftbeiwerte erzielbar sind.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 umfasst eine Beschichtungsanordnung folgende Merkmale:
- Partikel mit einer Mooshärte größer gleich 9 und einer vorgebbaren mittleren Korngröße,
- eine Beschichtung mit einer Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße,
- ein Beschichtungsträger mit einer Vertiefungen umfassenden Oberfläche, wobei ein Anteil größer ca. 85 % der Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich ca. 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet ist, und - die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht und umschließt die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträ- ger hin orientierten Bereich.
Insbesondere dadurch, dass die Oberfläche des Beschichtungsträgers derart beispielsweise durch ein Schleifen ausgebildet ist, dass die furchenartigen Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10 % und/oder einer Öffnungsweite kleiner ca. 15 % der Beschichtungsdicke ausgebildet sind, wird eine optimale Haftung für die Beschichtung sichergestellt und gleichzeitig verhindert, dass Partikel derart sozusagen in Vertiefungen verschwinden, dass sie nicht zur Reibungserhöhung der Beschich- tungsanordnung beitragen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beschichtung aus galvanisch aufgebrachtem Nickel ausgebildet, so dass für den Beschichtungsträger gleichzeitig eine exzellente Schutzschicht gegen Korrosion verursachende und andere Umwelteinflüsse erzeugt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Beschichtungsträger mit einer größeren Mooshärte und/oder einer größeren Zugfestigkeit als ein Gegenelement, gegen das die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vorgesehen ist, ausgebildet, so dass sich wunschgemäß die über die Beschichtung hinausragenden Bereiche der Partikel in das Gegenelement eindrücken und die Beschichtung unterhalb der Partikel sowie die Bereich des Beschichtungsträgers unterhalb der Partikel gegenüber dem Eindrücken in das Gegenelement nur geringfügig verformt werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 ein lochscheibenartiges Bauelement auf dem eine Beschichtung aufgebracht ist und
Figur 2 ein prinzipiellen Aufbau der Beschichtung aus Figur 1.
Die Figur 1 zeigt als ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ein lochscheibenartiges, mit einer Beschichtung versehenes Bauelement. Das lochscheibenartige Bauelement ist dabei in eine Mehrzahl sektorartiger Teilelemente 50 unterteilt, wobei jedes der Teilelemente 50 drei Löcher 52 umfasst. Dabei ist das lochscheibenartige Bauelement zur Verwendung im Bereich einer Wellenkupplung vorgesehen, wobei das lochscheibenartige Bauelement zwischen beispielsweise flanschartig erweiterten Wellenenden zweier miteinander zu verbindender Wellenelemente, beispielsweise einer Hauptwelle einer Hochseewindkraftanlage angeordnet ist. Entsprechend den Löchern 52 des lochscheibenartigen Bauelements sind auch die beiden Flansche der beiden Wellenelemente mit entsprechenden Durchdringungen bzw. Sacklöchern ausgebildet, so dass durch die Löcher 52 hindurch die beiden flanschartigen Wellenenden mit dem dazwischen angeordneten lochscheibenartigen Bauelement miteinander verschraubbar sind. In einer Ausfuhrungsform kann dabei am Umfang des lochscheibenartigen Bauteils eine Kodierung, beispielsweise eine Zahnung, ausgebildet sein, so dass hierüber ein Erfassen einer Wellendrehzahl möglich ist.
Damit die beiden flanschartigen Wellenenden möglichst fest miteinander verbunden sind, ist das lochscheibenartige Bauelement wenigstens an seinen beiden Stirnseiten im Rahmen einer Beschichtungsanordnung mit einer Beschichtung ausgebildet. Eine Prinzipskizze der Beschichtungsanordnung ist dabei in der Figur 2 dargestellt. Das lochscheibenartige Bauelement umfasst dabei einen Beschichtungsträger 10, -A- der aus einem Stahl mit einer Zugfestigkeit in etwa zwischen 600 und 800 MPa ausgebildet ist und eine Mooshärte von 6 aufweist, wobei beispielsweise die Stahlsorte Domex 500 MC verwendet werden kann. Die stirnseitigen Oberflächen des Beschichtungsträgers 10 sind dann derart geschliffen ausgebildet, dass die Oberflä- che eine Rauhigkeit von Ra < 0,2 μm aufweist und die durch das Schleifen verursachten furchenartigen Vertiefungen 12 gegenüber einer, die jeweilige Vertiefung 12 umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner gleich 4 μm und einer Öffnungsweite kleiner gleich 6 μm ausgebildet sind.
Auf den derart geschliffenen Beschichtungsträger 10 wird daraufhin galvanisch eine Unterbeschichtung 22 aus Nickel mit einer Dicke von ca. 5 μm aufgebracht. Auf diese Unterbeschichtung 22 werden dann Partikel 30 mit einer Mooshärte von 10 und einer mittleren Korngröße von ca. 120 μm, insbesondere rundes oder blockiges Korn eines monokristallinen Diamanten, beispielsweise eines Naturdiamanten aufgelegt. Daran anschließend wird ebenfalls galvanisch eine O- berbeschichtung 24 aus Nickel aufgebracht, so dass die auf der Unterbeschichtung 22 aufgelegten Partikel 30 wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger 10 hin orientierten Bereich von der Oberbeschichtung 24 umschlossen sind. Die Oberbeschichtung 24 wird dabei bis zu einer Dicke von etwa 55 μm aufgetragen, so dass die gesamte Dicke der Beschichtung in etwa der halben mittleren Korngröße entspricht.
Gemäß dem vorausgehend Beschriebenen sind beide Stirnseiten des Beschichtungsträgers 10 entsprechend beschichtet ausgebildet. Die beiden flanschartigen Wellen- enden der beiden Wellenelemente sind dabei aus einem Material ausgebildet, das sowohl hinsichtlich Mooshärte als auch Zugfestigkeit kleinere Werte aufweist als der Beschichtungsträger 10, wobei die Wellenenden insbesondere aus einem Grau- guss, beispielsweise GG 40.3 mit einer Zugfestigkeit im Bereich zwischen 400 und 500 MPa und einer Mooshärte von 5 ausgebildet sind. Die zum Anliegen am loch- scheibenartigen Bauelement vorgesehenen Flanschflächen sind dabei mit einer Rauhigkeit Ra im Bereich zwischen 0,5 bis 1,5 μm ausgebildet.
Werden nunmehr die beiden Wellenenden mit dem dazwischen angeordneten loch- scheibenartigen Bauelement miteinander fest verschraubt, so drücken sich beim Verschrauben die Diamantpartikel 30 derart in den Grauguss ein, dass das loch- scheibenartige Bauelement mit den Wellenenden ineinandereingreifend verbunden ist. In Richtung des lochscheibenartigen Bauelements findet beim Verschrauben lediglich ein leichtes Zusammendrücken der unter dem jeweiligen Diamantkorn 30 angeordneten Unterbeschichtung 22 und dem darunter angeordneten Beschichtungs- trägerbereich statt. Mit besonderem Vorteil sind beim vorausgehend Beschriebenen Reibwerte größer 0,8 realisierbar. Weiterhin stellt die Nickelbeschichtung gleichzeitig einen exzellenten Korrosionsschutz für den Beschichtungsträger 10 aus Stahl dar, so dass das lochscheibenartige Bauelement auch gegen widrigste Witterungs- bedingungen sicher geschützt ist.
Mit weiterem Vorteil lässt sich bei Einsatz der vorausgehend beschriebenen Be- schichtung gegenüber konventionellen Verbindungen bei gleicher Festigkeit der Verbindung beispielsweise eine Schraubenanzahl reduzieren.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eBeschichtungsanordnung
1. Beschichtungsanordnung, umfassend folgende Merkmale:
- Partikel mit einer Mooshärte größer gleich 9 und einer vorgebbaren mittleren Korngröße,
- eine Beschichtung mit einer Dicke in etwa entsprechend der halben mittle- ren Korngröße,
- ein Beschichtungsträger mit einer Vertiefungen umfassenden Oberfläche, wobei ein Anteil größer ca. 85 % der Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich ca. 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet ist, und
- die Beschichtung ist auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht und umschließt die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger hin orientierten Bereich.
2. Beschichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Anteil größer 99 % der Vertiefungen entsprechend ausgebildet ist.
3. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vertiefungen mit einer Tiefe kleiner gleich 6 μm, insbesondere kleiner gleich 4 μm ausgebildet sind.
4. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vertiefungen mit einer Öffnungsweite in etwa kleiner 8 μm, insbesondere kleiner gleich 6 μm ausgebildet sind.
5. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberfläche des Beschichtungsträgers mit einer Rauhigkeit Ra < 0,2 μm ausgebildet ist.
6. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Be- schichtungsträger mit einer Mooshärte größer gleich 5, insbesondere 6 ausgebildet ist.
7. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Be- schichtungsträger aus einem Stahl mit einer Zugfestigkeit in etwa zwischen 600 und 800 MPa ausgebildet ist.
8. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberfläche des Beschichtungsträgers geschliffen ausgebildet ist.
9. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dicke der Beschichtung in etwa zwischen 45 und 75 μm ausgebildet ist.
10. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Beschichtung bei noch nicht gegen ein Gegenelement gepresster Beschichtungs- anordnung eine auf die Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebrachte Un- terbeschichtung mit einer Dicke kleiner ca. 10% der Dicke der Beschichtung umfasst, auf die Unterbeschichtung die Partikel aufgelegt sind, und zum Komplettieren der Beschichtung auf die Unterbeschichtung eine Oberbe- schichtung aufgebracht ist.
11. Beschichtungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Unterbeschichtung in etwa mit einer Dicke um die 5 μm herum ausgebildet ist.
12. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Unter- und/oder die Oberbeschichtung Nickel umfassen.
13. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Unter- und/oder die Oberbeschichtung galvanisch aufgebracht sind.
14. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Unter- und die Oberbeschichtung materialeinheitlich ausgebildet sind.
15. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Partikel mit einer Mooshärte von 10 ausgebildet sind.
16. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Partikel rundes oder blockiges Korn eines monokristallinen Diamanten umfassen.
17. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Ge- genelement, gegen das die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vorgesehen ist, mit einer Mooshärte von in etwa 5 ausgebildet ist.
18. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Gegenelement, gegen das die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vor- gesehen ist, Grauguss mit einer Zugfestigkeit in etwa zwischen 400 bis 500
MPa umfasst.
19. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Gegenelement, gegen das die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vor- gesehen ist, mit einer Härte und/oder Zugfestigkeit kleiner der des Beschich- tungsträgers ausgebildet ist.
20. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Be- schichtungsanordnung auf wenigstens einer Stirnseite eines lochscheibenarti- gen Bauelements aufgebracht ist.
21. Beschichtungsanordnung nach Anspruch 20, wobei das Bauelement in eine Mehrzahl sektorartiger Teilelemente unterteilt ist.
22. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei das Bauelement mit einer Mehrzahl axialer Durchdringungen für ein Durchführen von Befestigungsmitteln ausgebildet ist.
23. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Bauelement zum Einsatz in einer starren Wellenkupplung ausgebildet ist.
24. Beschichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das Bauteil am Umfang mit einer Kodierung für ein Erfassen einer Wellendrehzahl ausgebildet ist.
25. Beschichtungsanordnung nach Anspruch 24, wobei die Kodierung eine Zahnung umfasst.
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