WO2024251320A1 - Lagerring und verfahren zu dessen herstellung, sowie wälzlager oder gleitlager mit mindestens einem solchen lagerring - Google Patents

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Milan Madron
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Definitions

  • the invention relates to a bearing of a rolling bearing or plain bearing, comprising a metallic ring body and a ceramic layer arranged at least on the outer circumference or at least on the inner circumference of the ring body and formed with open pores by thermal spraying, wherein an open pore space of the ceramic layer is filled with a plastic material.
  • the ceramic layer and the hardened plastic material form an electrically insulating coating.
  • the invention further relates to a method for producing such a bearing ring and a rolling bearing or plain bearing, comprising at least one such bearing ring.
  • WO 2014 174 382 A1 describes a bearing ring with a body that has an electrically insulating coating made of a ceramic layer with 10 to 50% pores and a plastic that is intended to fill the pores and form a coating on the ceramic layer.
  • the ceramic layer is applied to the body using a thermal spraying process and is formed in particular from one or more oxides, nitride or spinel.
  • the electrically insulating coating on the bearing ring ensures high insulation performance against high-frequency or capacitive currents when the bearing ring is used in a rolling bearing.
  • DE 100 29 917 A1 describes a molded body having an electrically conductive base body, on which at least one porous layer is applied, which is infiltrated with a polymerizable plastic in a vacuum.
  • the porous layer which in particular has a pore content of up to 20 vol. %, can be applied to the base body by thermal spraying.
  • the porous layer is preferably made of a material from a group comprising, among others, ceramic materials in the form of chromium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, spinels of aluminum oxide and aluminum titanate, as well as mullite.
  • the polymerized The infiltrated plastic is hardened by heating or UV radiation.
  • the infiltrated layer is intended to protect the base body from corrosion and to provide electrical insulation.
  • a bearing ring of a rolling bearing or plain bearing comprising a metallic ring body and a ceramic layer arranged at least on the outer circumference or at least on the inner circumference of the ring body, formed with open pores by thermal spraying and containing a pore volume in the range from 2 vol.% to less than 10 vol.%, in that an open pore space of the ceramic layer is filled with a plastic material which comprises at least one polymeric binder, at least one reactive diluent, at least one photoinitiator and at least one hardener and is at least partially cured by means of UV radiation, wherein the ceramic layer and the cured plastic material form an electrically insulating coating.
  • Such a bearing ring can be produced quickly and cost-effectively, and the plastic material can be cured in a maximum of 10 minutes.
  • At least 20%, in particular at least 50%, preferably at least 80%, of the open pores, in particular the pores arranged on the surface of the ceramic layer, are filled by the plastic material.
  • a correspondingly low viscosity of the plastic material in particular in the range of a dynamic viscosity q in the range of ⁇ 250 ⁇ 25 mPa*s (at 20 °C), infiltration of the ceramic layer can be enabled and improved.
  • the not yet cured plastic material therefore preferably has a dynamic viscosity q in the range of 250 ⁇ 25 mPa*s (at 20°C) in order to ensure sufficient infiltration of the ceramic layer.
  • a plastic material By combining a photoinitiator with at least one polymeric binder, a plastic material can be made available that can be at least partially or completely cured by UV irradiation, whereby the activation energy introduced by the UV irradiation can cause polymerization of the plastic material not directly irradiated by the UV irradiation. This also allows areas of the plastic material to be reliably cured that cannot be irradiated by a UV lamp, for example, particularly because these areas are located within pores and not on the surface of the ceramic layer.
  • Photoinitiators can decompose after absorbing UV light and thus form reactive radicals or cations that can initiate polymerization of the plastic material, in particular the polymer components. It is preferred that the photoinitiator is preferably a radical photoinitiator.
  • the at least one photoinitiator can be one from the group of a-hydroxy, a-alkoxy or a-amino aryl ketones, phosphine oxides, in particular acylphosphine oxides and/or combinations thereof.
  • the aforementioned photoinitiators can reliably trigger polymerization, in particular chain polymerization, after UV irradiation and therefore enable essentially complete curing of the plastic material.
  • the viscosity of the plastic material can be adjusted so that the plastic material can be introduced into the pores of the ceramic layer in a reliable manner.
  • the addition of reactive thinners can also improve the adhesion and cross-linking of the plastic material on the ceramic layer can be improved.
  • the at least one thinner can comprise acrylic acid esters, for example.
  • the thinner is selected from the group comprising vinyl esters, mono-, di-, tri- or poly(meth)acrylates, such as hydroxyalkyl(meth)acrylates, such as hydroxypropyl methacrylate, such as trimethyl-1,5pentanediol diacrylate, other (meth)acrylic acid esters, such as acetoacetoxyalkyl(meth)acrylate, (meth)acrylic acid methyl ester, butanediol di(meth)acrylate, diacrylates, ethanediol di(meth)acrylate, diethyl glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, or polyethylene glycol di(meth)acrylate; styrenes, such as styrene, a-methylstyrene, vinyltoluene, butylstyrene, divinylbenzene, e
  • styrenes such as
  • the at least one binder can be a water-soluble binder.
  • the binder preferably comprises urethane acrylate.
  • it can be an OH-functional acrylate, in particular urethane acrylate.
  • a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the binder is selected from the group comprising acrylates, in particular methyl methacrylate, (poly)urethane acrylate, isocyanate, silicone, silicate, epoxy resin, polyester, in particular unsaturated polyester, vinyl ester, polyester resin, in particular unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol-formaldehyde resin, diallyl phthalate resin, methacrylate resin, polyurethane, amino resins, such as melamine resin, in particular hexamethoxymethylmelamine, and/or urea resin, and/or combinations thereof.
  • the aforementioned components can, for example, enable advantageous sealing and crosslinking properties for the plastic material.
  • the binder is preferably present in the plastic material in a range from 20 to 70 wt.%, in particular from 30 to 55 wt.%, particularly preferably from 35 to 45 wt.%.
  • the at least one diluent or reactive diluent is preferably contained in the sealant in a range of 30 to 70 wt.%, in particular in a range of 40 to 60 wt.%.
  • the thinner is selected from the group comprising vinyl esters, mono-, di-, tri- or poly-(meth)acrylates, such as hydroxyalkyl(meth)acrylates, such as hydroxypropyl methacrylate, such as trimethyl-1,5pentanediol diacrylate, other (meth)acrylic acid esters, such as acetoacetoxyalkyl(meth)acrylate, (meth)acrylic acid methyl ester, butanediol di(meth)acrylate, diacrylates, ethanediol di(meth)acrylate, diethyl glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, or polyethylene glycol di(meth)acrylate; styrenes, such as styrene, a-methylstyrene, vinyltoluene, butylstyrene, divinylbenzene,
  • additives to the plastic material in order to achieve certain desired properties.
  • a drying agent in particular a drying agent comprising zinc
  • a catalyst can also be added to improve the curing properties of the plastic material.
  • the catalyst can comprise p-toluenesulfonic acid.
  • the addition of additives such as at least one UV stabilizer and/or at least one antioxidant has also proven to be effective, particularly in order to suppress color changes of the cured plastic material with increasing usage time of the bearing ring under the influence of temperature.
  • the plastic material further comprises at least one hardener or a hardener mixture.
  • the addition of a hardener can further accelerate the hardening of the plastic material.
  • the hardener or the hardener mixture is preferably selected from the group comprising polyamine amides, polyamines, polyamide armines, phenalkamines, phenalkamin amides, isocyanates, and/or combinations thereof.
  • the hardening of the sealing agent arranged in the pores can be further improved as a result.
  • the plastic material preferably comprises 40 to 45% by weight of a binder, in particular urethane acrylate, 35 to 40% by weight of a first reactive diluent, in particular isobornyl acrylate, 15 to 20% by weight of a second reactive diluent, in particular trimethyl-1,5pentanediol diacrylate, 3 to 4% by weight of a photoinitiator, in particular phosphine oxide, and up to 2% by weight of an additive, in particular a drying agent comprising zinc.
  • a binder in particular urethane acrylate
  • a first reactive diluent in particular isobornyl acrylate
  • 15 to 20% by weight of a second reactive diluent in particular trimethyl-1,5pentanediol diacrylate
  • a photoinitiator in particular phosphine oxide
  • an additive in particular a drying agent comprising zinc.
  • the individual components in this example add up to 100% by weight.
  • Such a plastic material is applied, for example, to the surface of a ceramic layer that is to be sealed in an atmospheric application (i.e. without a vacuum atmosphere). Due to the low viscosity, the plastic material can penetrate deep into the open pores. Preferably, the penetration depth is at least 80%. Alternatively, the plastic material can also be applied to the ceramic layer under a protective gas atmosphere or in a vacuum.
  • the plastic material is preferably applied to the ceramic layer by spraying, brushing, squeegeeing or dipping.
  • the ceramic layer preferably a maximum of 10% of the open pores have a pore diameter in the range of >20 pm to ⁇ 35 pm and the remaining open pores preferably have a pore diameter of ⁇ 20 pm. This ensures that the plastic material penetrates into the open pores.
  • the ceramic layer is preferably made of aluminum oxide or of aluminum oxide with proportions of titanium dioxide and/or silicon dioxide or of mullite.
  • the ceramic layer is preferably made of an aluminum silicate with a proportion of Al2O3 in the range of 70 to 80 wt.% and of SiO2 in the range of 20 to 30 wt.%.
  • the ceramic layer preferably also contains ⁇ 1 wt.% TiC or 0.1 to 3 wt.% Cr2Os.
  • the thickness of the electrically insulating coating is in particular in the range of 0.05 to 2 mm.
  • the object is further achieved by a method for producing the bearing ring according to the invention with the following steps: a) providing the metallic ring body, b) applying the ceramic layer to the ring body by means of thermal spraying, c) optionally evacuating the coated ring body, d) infiltrating the ceramic layer with the plastic material, e) irradiating the infiltrated ceramic layer with ultraviolet light while at least partially curing the plastic material and optionally storing the bearing ring at room temperature or a temperature of at least 120 °C, wherein the irradiation and optional storage takes place over a total of a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 2 minutes, wherein the plastic material is completely cured.
  • the irradiation in step e) is particularly preferably carried out over a maximum period of 1 minute.
  • Hardening of the plastic material is carried out in particular by irradiation with a UV lamp for 30 to 60 seconds.
  • any UV lamp can be used.
  • a preferred UV lamp has the following specifications: 250 W; Fe doped; light output approx. 800 mW/cm 2 ; quartz glass filter; wavelength: 320-400 nm.
  • further hardening preferably takes place.
  • the curing step takes place as part of a polymerization, so that the plastic material arranged in the pores, which cannot be irradiated by the UV lamp, also cures essentially completely.
  • the further curing step is preferably between 30 and 60 seconds, so that curing can be carried out in under 2 minutes, in particular in under 1 minute.
  • the bearing ring is preferably stored at room temperature or a temperature of at least 120 °C.
  • the not yet cured plastic material is preferably applied with a dynamic viscosity rj in the range of 250 ⁇ 25 mPa*s (at 20°C) to ensure sufficient infiltration of the ceramic layer.
  • a rolling bearing or plain bearing comprising at least one bearing ring according to the invention has proven successful, wherein the bearing ring forms an outer bearing ring and has the electrically insulating coating at least on the outer circumference or wherein the bearing ring forms an inner bearing ring and has the electrically insulating coating at least on the inner circumference.
  • the rolling bearing can be a cylindrical roller bearing, a ball bearing, a tapered roller bearing, a spherical roller bearing, a needle bearing and the like.
  • Figures 1 and 2 are intended to illustrate a bearing ring according to the invention and its manufacture by way of example.
  • Figure 1 shows a bearing ring in three-dimensional view
  • Figure 2 shows a section through the bearing ring according to Figure 1
  • Figure 3 shows an enlarged detail of Figure 2 in the area of a transition of the outer circumference to a front side of the metallic ring body
  • Figure 4 shows a rolling bearing in three-dimensional view comprising the bearing outer ring according to Figure 1
  • Figure 5 shows a plain bearing in cross-section.
  • Figure 1 shows a bearing ring 1 in the form of a bearing outer ring 3b in a three-dimensional view.
  • the bearing ring 1 has a metallic ring body 2, which has an electrically insulating coating 4 on its outer circumference and also on its adjacent end faces.
  • Figure 2 shows a section through the bearing ring 1 according to Figure 1, wherein the electrically insulating coating 4 and its arrangement on the metallic ring body 2 can be seen in detail.
  • the electrically insulating coating 4 consists of a ceramic layer 5 formed by thermal spraying, for example made of mullite, the open porosity of which is at least predominantly filled with a hardened plastic material 6.
  • Figure 3 shows an enlarged section of Figure 2 in the region of a transition from the outer circumference to an end face of the metallic ring body 2.
  • the electrically insulating coating 4 on the metallic ring body 2 has a total thickness D of 0.5 mm.
  • Figure 4 shows a rolling bearing 8 in a three-dimensional view comprising the bearing rings 1, 1' and a number of rolling elements 7 in between.
  • the bearing ring 1 corresponds to the bearing outer ring 3b according to Figure 1.
  • the same reference numerals as in Figure 1 identify the same elements.
  • the bearing ring 1' forms a bearing inner ring 3a of the rolling bearing 8.
  • Figure 5 shows a plain bearing 9 in a sectional view comprising the bearing rings 1, 1', wherein the bearing 1 forms a bearing outer ring 3b and the bearing 1' forms a bearing inner ring 3a.
  • the bearing inner ring 3a comprises a metallic ring body 2, which has an electrically insulating coating 4 on its inner diameter.
  • the electrically insulating coating 4 is formed from a ceramic layer 5 formed by thermal spraying, which is infiltrated with hardened plastic material 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring (1, 1 ') eines Wälzlagers (8) oder Gleitlagers (9), umfassend einen metallischen Ringkörper (2) und eine zumindest am Außenumfang oder zumindest am Innenumfang des Ringkörpers (2) angeordnete, durch thermisches Spritzen offen-porig ausgebildete Keramikschicht (5) enthaltend ein Porenvolumen im Bereich von 2 Vol.-% bis kleiner als 10 Vol.-%, wobei ein offener Porenraum der Keramikschicht (5) mit einem Kunststoffmaterial (6) verfallt ist, das mindestens ein polymeres Bindemittel, mindestens einen Reaktivverdünner, mindestens einen Fotoinitiator und mindestens einen Härter umfasst und zumindest teilweise mittels UV-Strahlung ausgehärtet ist, wobei die Keramikschicht (5) und das ausgehärtete Kunststoffmaterial (6) eine elektrisch isolierende Beschichtung (4) ausbilden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Lagerrings (1, 1 ') und ein Wälzoder Gleitlager (8, 9) mit einem solchen Lagerring (1, 1 ').

Description

Lagerung und Verfahren zu dessen Herstellung, sowie Wälzlager oder Gleitlager mit mindestens einem solchen Lagerring
Die Erfindung betrifft einen Lagerung eines Wälzlagers oder Gleitlagers, umfassend einen metallischen Ringkörper und eine zumindest am Außenumfang oder zumindest am Innenumfang des Ringkörpers angeordnete, durch thermisches Spritzen offenporig ausgebildete Keramikschicht, wobei ein offener Porenraum der Keramikschicht mit einem Kunststoffmaterial verfallt ist. Dabei bilden die Keramikschicht und das ausgehärtete Kunststoffmaterial eine elektrisch isolierende Beschichtung aus. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerringes und ein Wälz- oder Gleitlager, umfassend mindestens einen solchen Lagerring.
Lagerringe der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. So beschreibt die WO 2014 174 382 A1 einen Lagerring mit einem Korpus, der eine elektrisch isolierende Beschichtung aus einer Keramikschicht mit 10 bis 50 % Poren aufweist und einem Kunststoff, der zum Verfüllen der Poren und Ausbilden einer Beschichtung auf der Keramikschicht vorgesehen ist. Die Keramikschicht wird auf den Korpus mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht und insbesondere aus einem oder mehreren Oxiden, Nitrid oder Spinell gebildet. Die elektrisch isolierende Beschichtung an dem Lagerring gewährleistet eine hohe Isolationsleistung gegenüber hochfrequenten beziehungsweise kapazitiven Strömen bei einem Einsatz des Lagerringes in einem Wälzlager.
Die DE 100 29 917 A1 beschreibt einen Formkörper aufweisend einen elektrisch leitenden Grundkörper, auf dem mindestens eine porenhaltige Schicht aufgebracht ist, die im Vakuum mit einem polymerisierbaren Kunststoff infiltriert ist. Dabei kann der Auftrag der porenhaltigen Schicht, die insbesondere einen Porenanteil bis zu 20 Vol.- % aufweist, auf den Grundkörper durch thermisches Spritzen erfolgen. Die porenhaltige Schicht wird bevorzugt aus einem Werkstoff einer Gruppe umfassend unter anderem keramische Materialien in Form von Chromoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Spinelle des Aluminiumoxids und Aluminiumtitanats, sowie Mullit, gebildet. Der polymeri- sierbare Kunststoff wird unter Erwärmung oder UV-Bestrahlung ausgehärtet. Die infiltrierte Schicht soll den Grundkörper vor Korrosion schützen und elektrisch isolieren.
In heutigen Elektromotoren werden zunehmend elektrisch isolierte Wälzlager eingesetzt. Durch den verstärkten Bedarf im Bereich der Elektromobilität, besteht ein Mangel an kostengünstigen Verbundmatenalien zur elektrischen Isolation von Bauteilen. Die Aushärtezeiten der derzeit bekannten und zur Versiegelung thermischer Spritzschichten eingesetzter Kunststoffmatenalien betragen in der Regel länger als 30 min und beeinflussen die Beschichtungskosten negativ. Meist ist zudem ein Wärmeeintrag erforderlich, um das Aushärten zu initiieren und zu beschleunigen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Reduzierung der Aushärtezeiten der Kunststoffmatenalien zur Versiegelung thermischer Spritzschichten aus Keramik zu erzielen.
Die Aufgabe wird für einen Lagerring eines Wälzlagers oder Gleitlagers, umfassend einen metallischen Ringkörper und eine zumindest am Außenumfang oder zumindest am Innenumfang des Ringkörpers angeordnete, durch thermisches Spritzen offenporig ausgebildete Keramikschicht enthaltend ein Porenvolumen im Bereich von 2 Vol.-% bis kleiner als 10 Vol.-%, dadurch gelöst, dass ein offener Porenraum der Keramikschicht mit einem Kunststoffmaterial verfällt ist, das mindestens ein polymeres Bindemittel, mindestens einen Reaktivverdünner, mindestens einen Fotoinitiator und mindestens einen Härter umfasst und zumindest teilweise mittels UV-Strahlung ausgehärtet ist, wobei die Keramikschicht und das ausgehärtete Kunststoffmaterial eine elektrisch isolierende Beschichtung ausbilden.
Ein derartiger Lagerring ist kostengünstig und schnell herstellbar, wobei ein Aushärten des Kunststoffmaterials in maximal 10 min erreicht werden kann.
Vorzugsweise werden zumindest 20%, insbesondere zumindest 50%, bevorzugt zumindest 80%, der offenen Poren, insbesondere der an der Oberfläche der Keramikschicht angeordnete Poren, von dem Kunststoffmaterial ausgefüllt. Durch eine entsprechend niedrige Viskosität des Kunststoffmaterials, insbesondere im Bereich von einer dynamischen Viskosität q im Bereich von < 250 ± 25 mPa*s (bei 20 °C), kann eine Infiltration der Keramikschicht ermöglicht und verbessert werden.
Das noch nicht ausgehärtete Kunststoffmaterial weist demnach vorzugsweise eine dynamische Viskosität q im Bereich von 250 ± 25 mPa*s (bei 20°C) auf, um eine ausreichende Infiltration der Keramikschicht sicherzustellen.
Durch die Verbindung eines Fotoinitiators mit mindestens einem polymeren Bindemittel kann ein Kunststoffmatenal zur Verfügung gestellt werden, welches mittels UV- Bestrahlung zumindest teilweise oder vollständig gehärtet werden kann, wobei die mittels der UV-Bestrahlung eingebrachte Aktivierungsenergie eine Polymerisation des nicht unmittelbar von der UV-Bestrahlung bestrahlten Kunststoffmatenals bedingen kann. Hierdurch können auch Bereiche des Kunststoffmaterials zuverlässig ausgehärtet werden, die beispielsweise nicht mittels einer UV-Lampe bestrahlt werden können, insbesondere weil sich diese Bereiche innerhalb von Poren und nicht an der Oberfläche der Keramikschicht befinden.
Fotoinitiatoren können nach Absorption von UV-Licht zerfallen und so reaktive Radikale oder Kationen bilden, die eine Polymerisation des Kunststoffmatenals, insbesondere der Polymerkomponenten, initiieren können. Es ist bevorzugt, dass es sich bei dem Fotoinitiator vorzugsweise um einen radikalischen Fotoinitiator handelt. Bei dem mindestens einen Fotoinitiator kann es sich um einen aus der Gruppe der a-Hydroxy-, a-Alkoxy- oder a-Amino-Arylketone, Phosphinoxide, insbesondere Acylphosphinoxide und/oder Kombinationen hiervon handeln. Vorgenannte Fotoinitiatoren können in zuverlässiger Weise eine Polymerisation, insbesondere eine Kettenpolymerisation, nach einer UV-Bestrahlung auslösen und daher eine im Wesentlichen vollständige Härtung des Kunststoffmaterials ermöglichen.
Durch das Vorsehen zumindest eines Reaktivverdünners kann die Viskosität des Kunststoffmaterials eingestellt werden, so dass das Kunststoffmaterial in zuverlässiger Weise in die Poren der Keramikschicht eingebracht werden kann. Ebenfalls kann durch die Zugabe von Reaktivverdünnern die Haftung und die Vernetzung des Kunst- Stoffmaterials auf der Keramikschicht verbessert werden. Der zumindest eine Verdünner kann beispielsweise Acrylsäureester umfassen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdünner ausgewählt aus der Gruppe umfassend Vinylester, Mono-, Di-, Tri- oder Poly(meth)acrylate, wie Hydroxyal- kyl(meth)acrylate, wie Hydroxypropylmethacrylat, wie Trimethyl-1 ,5pentanediol- diacry lat, sonstige(Meth)acrylsäureester, wie Acetacetoxyalkyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäuremethylester, Butandioldi(meth)acrylat, diacrylate Ethandiol- di(meth)acrylat, Diethylglykoldi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, oder Polyethylenglykoldi(meth)acrylat; Styrole, wie Styrol, a-Methylstyrol, Vinyltoluol, Butylstyrol, Divinylbenzol, Epoxide, und/oder Kombinationen hiervon. Insbesondere kann hierdurch eine vorteilhafte Viskosität des Versiegelungsmittels ermöglicht werden, so dass das Versiegelungsmittel in zuverlässiger Weise in die Poren der Struktur eingebracht werden kann.
Durch eine geeignete Auswahl des mindestens einen Bindemittels können die Versie- gelungs- und Vernetzungseigenschaften des Kunststoffmaterials verbessert werden. Beispielsweise kann es sich bei dem mindestens einen Bindemittel um ein wasserlösliches Bindemittel handeln. Vorzugsweise umfasst das Bindemittel Urethanacrylat. Beispielsweise kann es sich um ein OH-funktionelles Acrylat, insbesondere Urethanacrylat, handeln.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Acrylate, insbesondere Methylmethacrylat, (Poly-)Urethanacrylat, Isocyanat, Silikon, Silikat, Epoxidharz, Polyester, insbesondere ungesättigter Polyester, Vinylester, Polyesterharz, insbesondere ungesättigtes Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenol-Formaldehydharz, Diallylph- thalatharz, Methacrylatharz, Polyurethan, Aminoharze, wie beispielsweise Melaminharz, insbesondere Hexamethoxymethylmelamin, und/oder Harnstoffharz, und/oder Kombinationen hiervon. Vorgenannte Bestandteile können beispielsweise vorteilhafte Versiegelungs- und Vernetzungseigenschaften für das Kunststoffmaterial ermöglichen. Das Bindemittel ist bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 70 Gew.-%, insbesondere von 30 bis 55 Gew.-%, besonders bevorzugt von 35 bis 45 Gew.-% im Kunststoffmatenal vorhanden.
Der mindestens eine Verdünner beziehungsweise Reaktivverdünner ist bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 70 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich von 40 bis 60 Gew.-%, im Versieglungsmittel enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdünner ausgewählt aus der Gruppe umfassend Vinylester, Mono-, Di-, Tri- oder Poly- (meth)acrylate, wie Hydroxyalkyl(meth)acrylate, wie Hydroxypropylmethacrylat, wie Trimethyl-1 ,5pentanedioldiacrylat, sonstige (Meth)acrylsäureester, wie Acetacetoxyal- kyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäuremethylester, Butandioldi(meth)acrylat, diacrylate Et- handioldi(meth)acrylat, Diethylglykoldi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, oder Polyethylenglykoldi(meth)acrylat; Styrole, wie Styrol, a-Methylstyrol, Vinyltoluol, Butylstyrol, Divinylbenzol, Epoxide, und/oder Kombinationen hiervon. Insbesondere kann hierdurch eine vorteilhafte Viskosität des Kunststoffmaterial ermöglicht werden, so dass es in zuverlässiger Weise in die Poren der Keramikschicht eingebracht werden kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dem Kunststoffmatenal Zusatzstoffe zuzusetzen, um bestimmte gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise kann bis zu 1 ,0 Gew.-% eines Trocknungsmittels, insbesondere eines Trocknungsmittels umfassend Zink, als Zusatzstoff vorgesehen werden. Vorzugsweise können auch bis zu 1 ,5 Gew.- % eines Katalysators zur Verbesserung der Härtungseigenschaften des Kunststoffmatenals zugesetzt werden. Beispielsweise kann der Katalysator p-Toluolsulfonsäure aufweisen.
Auch der Zusatz von Additiven, wie mindestens eines UV-Stabilisators und/oder mindestens einer Antioxidantie hat sich bewährt, insbesondere um farbliche Veränderungen des ausgehärteten Kunststoffmatenals mit zunehmender Verwendungszeit das Lagerringes bei Temperatureinfluss zu unterdrücken. Das Kunststoffmaterial umfasst weiterhin zumindest einen Härter oder ein Härtergemisch. Durch die Zugabe eines Härters kann die Aushärtung des Kunststoffmaterials weiter beschleunigt werden. Vorzugsweise ist der Härter oder das Härtergemisch ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyaminamide, Polyamine, Polyamidarmine, Phenalkamine, Phenalkaminamide, Isocyanate, und/oder Kombinationen hiervon. Insbesondere kann hierdurch die Härtung des in den Poren angeordneten Versiegelungsmittels weiter verbessert werden.
Bevorzugt weist das Kunststoffmaterial 40 bis 45 Gew.-% eines Bindemittels, insbesondere Urethanacrylat, 35 bis 40 Gew.-% eines ersten Reaktivverdünners, insbesondere Isobornylacrylat, 15 bis 20 Gew.-% eines zweiten Reaktivverdünners, insbesondere Trimethyl-1 ,5pentanedioldiacrylat, 3 bis 4 Gew-% eines Fotoinitiators, insbesondere Phosphinoxid, auf, sowie bis zu 2 Gew.-% eines Zusatzstoffs, insbesondere eines Trocknungsmittels umfassend Zink. Die einzelnen Bestandteile in diesem Beispiel ergänzen sich zu 100 Gew.-%.
Ein solches Kunststoffmatenal wird beispielsweise bei atmosphärischer Anwendung (also ohne Vakuumatmosphäre) auf eine zu versiegelnde Oberfläche einer Keramikschicht aufgetragen. Aufgrund der niedrigen Viskosität kann das Kunststoffmaterial tief in die offenen Poren eindringen. Vorzugsweise beträgt eine Eindringtiefe zumindest 80%. Alternativ kann das Kunststoffmaterial auch unter Schutzgasatmosphäre oder in Vakuum auf die Keramikschicht aufgetragen werden.
Der Auftrag des Kunststoffmaterials auf die Keramikschicht erfolgt bevorzugt durch ein Aufsprühen, Aufpinseln, Aufrakeln oder durch Tauchen.
In der Keramikschicht weisen vorzugsweise maximal 10 % der offenen Poren einen Porendurchmesser im Bereich von >20 pm bis < 35 pm auf und die übrigen offenen Poren vorzugsweise einen Porendurchmesser von < 20 pm auf. Dies gewährleistet ein Eindringen des Kunststoffmaterials in die offenen Poren. Die Keramikschicht ist vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder aus Aluminiumoxid mit Anteilen an Titandioxid und/oder Siliziumdioxid oder aus Mull it gebildet. Vorzugsweise ist die Keramikschicht enthaltend ein Aluminiumsilikat mit einen Anteil an AI2O3 im Bereich von 70 bis 80 Gew.-% und an SiÜ2 im Bereich von 20 bis 30 Gew.-% gebildet. Die Keramikschicht enthält vorzugsweise weiterhin < 1 Gew.-% TiC oder 0,1 bis 3 Gew.- % Cr20s.
Eine Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung liegt insbesondere im Bereich von 0,05 bis 2 mm.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lagerringes mit den folgenden Schritten gelöst: a) Bereitstellen des metallischen Ringkörpers, b) Aufbringen der Keramikschicht auf den Ringkörper mittels thermischen Spritzens, c) optional Evakuieren des beschichteten Ringkörpers, d) Infiltrieren der Keramikschicht mit dem Kunststoffmaterial, e) Bestrahlen der infiltrierten Keramikschicht mit ultraviolettem Licht unter zumindest teilweiser Aushärtung des Kunststoffmaterials und optional Lagern des Lagerringes bei Raumtemperatur oder einer Temperatur von mindestens 120 °C, wobei das Bestrahlen und optionale Lagern über insgesamt maximal 10 min, bevorzugt maximal 2 min, erfolgt, wobei das Kunststoffmaterials vollständig ausgehärtet wird.
Die Bestrahlung in Schritt e) erfolgt besonders bevorzugt über einen Zeitraum von maximal 1 min.
Eine Härtung des Kunststoffmaterials erfolgt insbesondere mittels Bestrahlung durch eine UV-Lampe für 30 bis 60 Sekunden. Prinzipiell können dabei jegliche UV-Lampen eingesetzt werden. Eine bevorzugte UV-Lampe weist folgende Spezifikationen auf: 250 W; Fe dotiert; Lichtleistung ca. 800 mW/cm2; Quarzglasfilter; Wellenlänge: 320- 400 nm. Nach Bestrahlung mit der UV-Lampe findet vorzugsweise ein weiterer Här- tungsschritt im Rahmen einer Polymerisation statt, so dass auch das in den Poren angeordnete Kunststoffmatenal, welches nicht von der UV-Lampe bestrahlt werden kann, im Wesentlichen vollständig aushärtet. Vorzugsweise beträgt auch der weitere Härtungsschritt zwischen 30 bis 60 Sekunden, so dass die Härtung in unter 2 Minuten, insbesondere in unter 1 Minute durchgeführt werden kann. Als weiterer Härtungsschritt erfolgt bevorzugt das Lagern des Lagerringes bei Raumtemperatur oder einer Temperatur von mindestens 120 °C.
Es hat sich bewährt, wenn nach Schritt e) eine Wiederholung des Schritts d) und des Schritts e) erfolgt. Dadurch lässt sich der Füllgrad der offenen Poren weiter verbessern.
Das noch nicht ausgehärtete Kunststoffmaterial wird vorzugsweise mit einer dynamischen Viskosität rj im Bereich von 250 ± 25 mPa*s (bei 20°C) aufgebracht, um eine ausreichende Infiltration der Keramikschicht sicherzustellen.
Ein Wälzlager oder Gleitlager, umfassend mindestens einen erfindungsgemäßen Lagerring, hat sich bewährt, wobei der Lagerring einen Lageraußenring bildet und die elektrisch isolierende Beschichtung zumindest am Außenumfang aufweist oder wobei der Lagerring einen Lagerinnenring bildet und die elektrisch isolierende Beschichtung zumindest am Innenumfang aufweist.
Bei dem Wälzlager kann es sich um ein Zylinderrollenlager, ein Kugellager, ein Kegelrollenlager, ein Tonnenrollenlager, ein Nadellager und dergleichen handeln.
Die Figuren 1 und 2 sollen einen erfindungsgemäßen Lagerring und dessen Herstellung beispielhaft erläutern. So zeigt
Figur 1 einen Lagerring in dreidimensionaler Ansicht,
Figur 2 einen Schnitt durch den Lagerring gemäß Figur 1 , Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich eines Überganges des Außenumfangs zu einer Stirnseite des metallischen Ringkörpers,
Figur 4 ein Wälzlager in dreidimensionaler Ansicht umfassend den Lageraußenring gemäß Figur 1 , und
Figur 5 ein Gleitlager im Schnittbild.
Figur 1 zeigt einen Lagerring 1 in Form eines Lageraußenrings 3b in einer dreidimensionalen Ansicht. Der Lagerring 1 weist einen metallischen Ringkörper 2 auf, der an seinem Außenumfang und weiterhin seinen angrenzenden Stirnseiten eine elektrisch isolierende Beschichtung 4 aufweist.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Lagerring 1 gemäß Figur 1 , wobei die elektrisch isolierende Beschichtung 4 und ihre Anordnung auf dem metallischen Ringkörper 2 im Detail zu erkennen ist. Die elektrisch isolierende Beschichtung 4 besteht aus einer, durch thermisches Spritzen gebildeten Keramikschicht 5, beispielsweise aus Mullit, deren offene Porosität zumindest überwiegend mit einem ausgehärteten Kunststoffmaterial 6 verfallt ist.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2 im Bereich eines Überganges des Außenumfangs zu einer Stirnseite des metallischen Ringkörpers 2. Die elektrisch isolierende Beschichtung 4 auf dem metallischen Ringkörper 2 weist dabei hier insgesamt eine Dicke D von 0,5 mm auf.
Figur 4 zeigt ein Wälzlager 8 in dreidimensionaler Ansicht umfassend die Lagerringe 1 , 1 'und dazwischen eine Anzahl an Wälzkörpern 7. Der Lagerring 1 entspricht dem Lageraußenring 3b gemäß Figur 1. Gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Der Lagerring 1 ' bildet einen Lagerinnenring 3a des Wälzlagers 8. Figur 5 zeigt ein Gleitlager 9 im Schnittbild umfassend die Lagerringe 1 , 1 ', wobei der Lagerung 1 einen Lageraußenring 3b und der Lagerung 1 ' einen Lagerinnenring 3a ausbildet. Der Lagerinnenring 3a umfasst einen metallischen Ringkörper 2, der an seinem Innendurchmesser eine elektrisch isolierende Beschichtung 4 aufweist. Die elektrisch isolierende Beschichtung 4 ist aus einer, durch thermisches Spritzen gebildeten Keramikschicht 5, welche infiltriert ist mit ausgehärtetem Kunststoffmaterial 6, gebildet.
Bezuqszeichenliste
1 , 1' Lagerring metallischer Ringkörper
3a Lagerinnenring
3b Lageraußenring
4 elektrisch isolierende Beschichtung
5 Keramikschicht
6 Kunststoffmaterial
7 Wälzkörper
8 Wälzlager
9 Gleitlager
D Dicke

Claims

Patentansprüche
1 . Lagerring (1 , 1 ') eines Wälzlagers (8) oder Gleitlagers (9), umfassend einen metallischen Ringkörper (2) und eine zumindest am Außenumfang oder zumindest am Innenumfang des Ringkörpers (2) angeordnete, durch thermisches Spritzen offen-porig ausgebildete Keramikschicht (5) enthaltend ein Porenvolumen im Bereich von 2 Vol.- % bis kleiner als 10 Vol.-%, wobei ein offener Porenraum der Keramikschicht (5) mit einem Kunststoffmatenal (6) verfallt ist, das mindestens ein polymeres Bindemittel, mindestens einen Reaktivverdünner, mindestens einen Fotoinitiator und mindestens einen Härter umfasst und zumindest teilweise mittels UV-Strahlung ausgehärtet ist, wobei die Keramikschicht (5) und das ausgehärtete Kunststoffmatenal (6) eine elektrisch isolierende Beschichtung (4) ausbilden.
2. Lagerung (1 , 1 ') nach Anspruch 1 , wobei maximal 10 % der offenen Poren einen Porendurchmesser im Bereich von > 20 pm bis < 35 pm aufweist und die übrigen offenen Poren einen Porendurchmesser von < 20 pm aufweisen.
3. Lagerung (1 , 1 ') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Keramikschicht (5) aus Aluminiumoxid oder aus Aluminiumoxid mit Anteilen an Titandioxid und/oder Siliziumdioxid oder aus Mullit gebildet ist.
4. Lagerung (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kunststoffmatenal (6) weiterhin mindestens ein Trocknungsmittel und/oder einen mindestens einen Katalysator aufweist.
5. Lagerung (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mindestens eine Bindemittel durch ein (Poly)Urethanacrylat gebildet ist oder ein solches umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen des metallischen Ringkörpers (2), b) Aufbringen der Keramikschicht (5) auf den Ringkörper (2) mittels thermischen Spritzens, c) optional Evakuieren des beschichteten Ringkörpers (2), d) Infiltrieren der Keramikschicht (5) mit dem Kunststoffmatenal (6), e) Bestrahlen der infiltrierten Keramikschicht (5, 6) mit ultraviolettem Licht unter zumindest teilweiser Aushärtung des Kunststoffmatenals (6) und optional Lagern des Lagerringes (1 , 1 ') bei Raumtemperatur oder einer Temperatur von mindestens 120 °C, wobei das Bestrahlen und optionale Lagern über insgesamt maximal 10 min, bevorzugt maximal 1 min, erfolgt, wobei das Kunststoffmaterial (6) vollständig ausgehärtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bestrahlung in Schritt e) über einen Zeitraum von maximal 2 min erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach Schritt e) eine Wiederholung des Schritts d) und des Schritts e) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Kunststoffmaterial (6) zur Infiltration der Keramikschicht (5) auf eine Viskosität von 250 ± 25 mPas (bei 20°C) eingestellt wird.
10. Wälzlager (8) oder Gleitlager (9), umfassend mindestens einen Lagerring (1 , 1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lagerring (1 ) einen Lageraußenring (3b) bildet und die elektrisch isolierende Beschichtung (4) zumindest am Außenumfang aufweist oder wobei der Lagerring (1 ') einen Lagerinnenring (3a) bildet und die elektrisch isolierende Beschichtung (4) zumindest am Innenumfang aufweist.
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