КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПОДШИПНИКА С ВНУТРЕННИМ АЛМАЗНЫМ ПОКРЫТИЕМ
STRUCTURAL ELEMENT OF BEARING WITH INTERNAL DIAMOND COATING

Данное изобретение относится к конструктивному элементу подшипника с внутренней опорной поверхностью, которая имеет алмазное покрытие.
Из уровня техники в принципе известно снабжение кольца скольжения и тому подобного снаружи алмазным покрытием. Это осуществляется, как правило, при помощи метода химического осаждения из газовой фазы. Однако проблематичным является покрытие внутренних поверхностей алмазом, например, в подшипнике. Из DE 108 09 675 C1 известно устройство и способ нанесения алмазных слоев на трубообразные полые тела ограниченной длины. При этом сквозь полые тела проводятся нити (волокна), которые должны вызывать осаждение алмазных частиц на покрываемых внутренних поверхностях. Выполненное при помощи этого способа алмазное покрытие обеспечивает в итоге однородный алмазный слой на внутренней поверхности полого тела.
Задача данного изобретения состоит в предоставлении конструктивного элемента подшипника, который при простой конструкции и простой, экономичной реализуемости изготовления имеет гидродинамическую оптимизацию. В частности, соответствующий изобретению конструктивный элемент подшипника наряду с очень длительным сроком службы должен иметь также при запуске наиболее минимальное трение.
Эта задача решается с помощью конструктивного элемента подшипника с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения в каждом случае указывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Соответствующий изобретению конструктивный элемент подшипника с признаками пункта 1 формулы изобретения имеет то преимущество, что возможна гидродинамическая оптимизация предусмотренного на внутренней опорной поверхности алмазного покрытия. В частности, соответствующий изобретению конструктивный элемент подшипника делает возможным то, что может выполняться множество процессов запуска/остановки, без того чтобы возникал высокий износ алмазного покрытия. Вследствие этого соответствующий изобретению конструктивный элемент подшипника имеет длительный срок службы. Согласно изобретению это достигается вследствие того, что конструктивный элемент подшипника имеет предусмотренное в основном теле отверстие с внутренней опорной поверхностью, имеющей алмазное покрытие. При этом алмазное покрытие внутренней опорной поверхности имеет вытянутые углубления, которые проходят по существу в продольном направлении отверстия в основном теле. При этом вытянутые углубления предусмотрены в самом алмазном покрытии. Таким образом, вытянутые углубления проходят по существу перпендикулярно к окружному направлению внутренней опорной поверхности, то есть в осевом направлении конструктивного элемента подшипника. При этом вытянутые углубления достигаются посредством по существу линейных структур кристаллов. Вследствие этого очень эффективно и неожиданно получается то, что при запуске подшипника создаются условия для градиента давления, который значительно уменьшает число оборотов отрыва вплоть до полного гидродинамического режима работы. Другими словами скорость вращения, при которой трение переходит от изначального трения сцепления в состоянии покоя подшипника через граничное трение вплоть до полного жидкостного трения, существенно ниже, чем в уровне техники. Также благодаря более раннему отрыву вращающегося конструктивного элемента от опорной поверхности возникает значительно уменьшенный износ, так что срок службы конструктивного элемента подшипника может существенно увеличиваться.
Предпочтительно отверстие в основном теле является сквозным отверстием.
Далее предпочтительно вытянутые углубления в алмазном покрытии проходят насквозь от первой стороны до второй стороны отверстия. Это способствует повышению давления во время процесса запуска у конструктивного элемента подшипника, так что может наиболее быстро создаваться жидкостное трение в конструктивном элементе подшипника с малыми потерями на трение.
Далее предпочтительно вытянутые углубления в алмазном покрытии не пересекаются. При этом наиболее предпочтительно вытянутые углубления проходят по существу параллельно относительно друг друга. Так как вытянутые углубления образуются посредством структур кристаллов алмазного покрытия, вытянутые углубления не имеют прямолинейных стенок или тому подобного, так что согласно изобретению используется понятие "проходя по существу параллельно".
Далее предпочтительно соседние вытянутые углубления в алмазном покрытии имеют в окружном направлении отверстия приблизительно равные промежутки. Вследствие этого становится возможным быстрое повышение давления при запуске расположенного в конструктивном элементе подшипника вращающегося конструктивного элемента во всех положениях.
Далее предпочтительно ширина вытянутых углублений, которая определяется в окружном направлении отверстия, меньше, чем средняя ширина алмазных кристаллов на поверхности алмазного покрытия. Вследствие этого посредством вытянутых углублений алмазного покрытия предоставляется узкий вытянутый канал.
Далее предпочтительно соотношение глубины к ширине вытянутых углублений составляет приблизительно два. Наиболее предпочтительно глубина вытянутых углублений составляет приблизительно 2 мкм. Далее предпочтительно ширина вытянутых углублений составляет приблизительно 1 мкм. Далее предпочтительно толщина алмазного покрытия составляет приблизительно от 8 мкм до 20 мкм.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения ширина вытянутых углублений в алмазном покрытии и глубина вытянутых углублений в алмазном покрытии по существу неизменны. Кроме того, следует также отметить, что понятие "по существу" обусловлено формой кристаллов поверхностного покрытия из алмаза, так как в данном случае точные размеры в диапазоне пикометров (пм) не могут задаваться.
Предпочтительно вытянутые углубления при запуске вращающегося конструктивного элемента в конструктивном элементе подшипника заполнены смазочным веществом, например жидкостью, так что во время процесса запуска благодаря вращению вращающегося конструктивного элемента имеющаяся в вытянутых углублениях смазочная жидкость образует барьер смазочной жидкости, так что захваченные процессом запуска молекулы жидкости накапливаются в барьере смазочной жидкости, и таким образом подшипник быстро переходит в состояние жидкостного трения.
Предпочтительно конструктивный элемент подшипника изготовлен из SiC (карбида кремния) или WC (карбида вольфрама).
Далее предпочтительно все отверстие основного тела покрыто алмазом.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения конструктивный элемент подшипника выполнен в виде радиального подшипника скольжения.
В дальнейшем изобретение подробно описывается со ссылкой на приложенный чертеж, причем на чертеже показаны:
фиг. 1 - схематичный вид в разрезе соответствующего изобретению конструктивного элемента подшипника; и
фиг. 2 - схематичный вид сверху на поверхность алмазного покрытия внутренней опорной поверхности отверстия конструктивного элемента подшипника.
Как видно из вида в разрезе конструктивного элемента 1 подшипника согласно данному изобретению, конструктивный элемент 1 подшипника включает в себя основное тело 2 с отверстием 3. Отверстие 3 этого примера осуществления выполнено в виде сквозного отверстия.
Отверстие 3 предусмотрено с цилиндрической формой и имеет на внутренней опорной поверхности 20 основного тела 2 алмазное покрытие 4. Алмазное покрытие 4 выполнено на всей внутренней опорной поверхности 20 отверстия 3.
Отверстие 3 выполнено в виде внутренней опорной поверхности и служит для приема, например вала, который установлен в отверстии 3 с возможностью вращения в обоих окружных направлениях.
Далее на первой стороне 31 отверстия 3 выполнена первая фаска 5, а на второй стороне 32 отверстия 3 - вторая фаска 6. При этом конструктивный элемент 1 подшипника этого примера осуществления выполнен в виде радиального подшипника скольжения.
Фиг. 2 подробно показывает увеличенный вид поверхности алмазного покрытия 4. Как видно из фиг. 2, на поверхности алмазного покрытия 4 выполнено множество кристаллов 41 алмаза. Кроме того, на поверхности алмазного покрытия 4 выполнены вытянутые углубления 42, которые проходят насквозь от первой стороны 31 до второй стороны 32. Таким образом, вытянутые углубления 42 предусмотрены с прохождением насквозь в осевом направлении X-X на поверхности алмазного покрытия 4.
При этом вытянутые углубления 42 имеют ширину B, измеренную в окружном направлении, которая по существу неизменна вдоль длины вытянутых углублений 42. Как видно из фиг. 2, вытянутые углубления 42 образованы между кристаллами 41 алмаза, так что вытянутые углубления 42 не имеют прямолинейных стенок и донных поверхностей, а образованы в соответствии с выращиванием кристаллов. Несмотря на это, по существу ширину B на протяжении длины вытянутых углублений 42 следует рассматривать по существу неизменной.
При этом вытянутые углубления 42 образованы по существу перпендикулярно к окружному направлению U. Кроме того, вытянутые углубления 42 имеет глубину, причем соотношение глубины к ширине на протяжении всей длины вытянутых углублений 42 остается по существу неизменным и равно приблизительно двум. При этом ширина B вытянутых углублений 42 составляет приблизительно 1 мкм, а глубина вытянутых углублений 42 приблизительно 2 мкм.
Показанный в примере осуществления подшипник является радиальным подшипником скольжения, причем на алмазной поверхности имеется смазочное вещество, например смазочное масло. Теперь благодаря вытянутым углублениям 42 в алмазном покрытии 4 достигается то, что смазочное вещество также имеется в вытянутых углублениях 42. Теперь при запуске вращающегося конструктивного элемента, при котором в состоянии покоя сначала преобладает трение сцепления, возникает благодаря вращению вращающегося конструктивного элемента движение молекул смазочного вещества в окружном направлении U. При этом находящееся в каждом случае в вытянутых углублениях 42 смазочное вещество действует в качестве барьера смазочного вещества, так что молекулы накапливаются в образованном вследствие этого барьере смазочного вещества и таким образом могут очень быстро образовывать пленку смазочного вещества. Вследствие этого очень эффективно и неожиданно удается создавать градиент давления, так что число оборотов отрыва, при котором вращающийся конструктивный элемент больше не находится в непосредственном контакте с алмазным покрытием, может существенно уменьшаться. Таким образом, согласно изобретению может осуществляться переход от трения сцепления к жидкостному трению при более низких числах оборотов вращающегося конструктивного элемента.
Вследствие этого данное изобретение наиболее подходит для случаев использования, при которых имеется режим работы с частым запуском - остановкой. Таким образом, получающиеся благодаря предусмотрению вытянутых углублений 42 в алмазном покрытии 4 неожиданные результаты делают возможным существенное улучшение конструктивных элементов подшипников с алмазным внутренним покрытием.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 конструктивный элемент подшипника
2 основное тело
3 отверстие
4 алмазное покрытие
5 фаска
6 фаска
20 внутренняя опорная поверхность
31 первая сторона
32 вторая сторона
41 кристалл алмаза
42 вытянутое углубление
B ширина
U окружное направление
X-X осевое направление